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Vektoren addieren, skalieren und messen

Nach dieser Lektion: Ich kann Vektoren addieren, mit einer Zahl vervielfachen und ihre Länge berechnen.

Lektion, 60 Min.3 BefehleJupyterLab-Lab für Data Science: pandas, Matplotlib und scikit-learn im Browser

Ein Tag als Liste von Zahlen

Ein Vektor ist eine geordnete Liste von Zahlen, zum Beispiel Temperatur, Regen und Ausleihen eines Tages. Mit Vektoren rechnen Sie mit ganzen Datenzeilen auf einmal.

Ein Fahrradverleih will zwei Tage zusammenzählen und den Durchschnitt bilden. Dazu brauchen Sie drei Rechenarten: addieren, vervielfachen und die Länge messen.

Am Ende dieser Lektion

Notiz

Ich kann Vektoren addieren, mit einer Zahl vervielfachen und ihre Länge berechnen.

Schlüsselwörter

BegriffWas er bedeutetBeispiel
Vektoreine geordnete Liste von Zahlen[3, 4]
Komponenteeine einzelne Zahl eines Vektors
Skalareine einzelne Zahl, mit der man einen Vektor vervielfacht
Längeder Abstand des Vektors vom Nullpunkt
Einheitsvektorein Vektor der Länge 1

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Ein Vektor ist eine Liste von Zahlen

Ein Vektor ist eine geordnete Liste von Zahlen. Jede Zahl heißt Komponente. Die Reihenfolge zählt: [12, 2, 180] ist ein anderer Tag als [180, 2, 12].

Zwei Vektoren addieren Sie Komponente für Komponente. Sie müssen gleich lang sein, sonst fehlt zu einer Zahl der Partner.

Beispiel: zwei Tage zusammengezählt

TagTemperaturRegen in mmAusleihen
Tag 1122180
Tag 2160240
Summe282420
Summe geteilt durch 2141210

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Zwei Vektoren in Python addieren

Code: python
tag_1 = [12, 2, 180]   # Temperatur, Regen in mm, Ausleihen
tag_2 = [16, 0, 240]
summe = []
for n in range(len(tag_1)):
    summe.append(tag_1[n] + tag_2[n])
print("Summe:", summe)
mittel = []
for wert in summe:
    mittel.append(wert / 2)
print("Mittel:", mittel)
# Ändern Sie tag_2 in [20, 4, 300] und starten Sie erneut.
# Welche Summe erwarten Sie vorher?

Dieselbe Summe mit NumPy

Befehl
docker exec jupyter python3 -c "import numpy as np; a = np.array([12, 2, 180]); b = np.array([16, 0, 240]); print(a + b)"

Hier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.

Den Mittelwert beider Tage bilden

Befehl
docker exec jupyter python3 -c "import numpy as np; a = np.array([12, 2, 180]); b = np.array([16, 0, 240]); print((a + b) / 2)"

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Die Länge folgt aus dem Satz des Pythagoras

Ein Vektor mit zwei Komponenten ist ein Weg: 3 Kilometer nach Osten, 4 nach Norden. Die Luftlinie ist die Länge des Vektors.

Sie quadrieren jede Komponente, addieren die Quadrate und ziehen die Wurzel. Das klappt mit beliebig vielen Komponenten.

Beispiel: drei Längen berechnet

VektorQuadrateSummeLänge
[3, 4]9 und 16255
[2, 3, 6]4, 9 und 36497
[1, 1]1 und 121,414

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Die Länge mit NumPy messen

Befehl
docker exec jupyter python3 -c "import numpy as np; print(np.linalg.norm(np.array([2, 3, 6])))"

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Ein häufiger Fehler

Warnung

Viele denken, die Länge einer Summe sei die Summe der Längen. Das stimmt nicht. [3, 0] plus [0, 4] ist [3, 4] mit Länge 5, aber 3 plus 4 ist 7. Der direkte Weg ist kürzer als der Umweg.

Ein Einheitsvektor behält nur die Richtung

Teilen Sie jede Komponente durch die Länge, bleibt die Richtung und die Länge wird 1. Das Ergebnis heißt Einheitsvektor.

So vergleichen Sie Richtungen, ohne dass lange Vektoren gewinnen. Aus [6, 8] mit Länge 10 wird [0,6; 0,8].

Einen Einheitsvektor ausrechnen

Code: python
x = 6
y = 8
laenge_xy = (x * x + y * y) ** 0.5
print("Länge:", laenge_xy)
print("Einheitsvektor:", x / laenge_xy, y / laenge_xy)
# Ändern Sie x auf 5 und y auf 12. Die Länge wird 13.
# Die Länge des Einheitsvektors ist immer 1.

Über dieses Lab und seinen Quellcode: JupyterLab-Lab für Data Science: pandas, Matplotlib und scikit-learn im Browser

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