项目四NumPy数值计算教案

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课题项目四NumPy数值计算课时8课时（360min）教学目标知识目标：（1）认识NumPy的N维数组对象ndarray。（2）掌握数组的创建和访问方法，以及查看数组属性的方法。（3）掌握数组的矢量化运算和标量运算方法，了解NumPy常用数组运算函数。（4）掌握数组的排序和合并方法。能力目标：（1）能够使用NumPy创建不同形状的数组，并按需求访问数组。（2）能够对数组数据进行处理与分析。素质目标：（1）在数据时代，增强合理利用数据的意识，能够深入研究数据，充分发挥数据的价值。（2）在理论知识学习过程中，培养严肃认真、严谨细致的学习态度。教学重难点教学重点：数组的创建和访问方法、数组的矢量化运算和标量运算方法、掌握数组的排序和合并方法。教学难点：数组的访问方法、掌握数组的排序和合并方法。教学方法问答法、讨论法、讲授法、演示法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，将学生分组并分工，完成课前任务请各组组长组织组员登录文旌课堂，查找相关资料或扫码观看微课视频，讨论并回答下列问题：问题1：NumPy中常用的数据类型包括哪些？问题2：简述NumPy中不同数据类型的优先级。【学生】完成课前任务第1、2课时考勤【教师】清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部报请假人员及原因新课预热【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程内容、考核标准等【学生】聆听、互动【教师】简要介绍NumPy的发展历史和什么是NumPy？NumPy

支持数组之间的矢量化运算及数组与标量之间的运算，这些运算会自动应用到数组中的每个元素；也支持使用数组运算函数对数组中的元素进行运算。【学生】聆听、记录、理解问题导入【教师】提出以下问题：请同学们思考一下，NumPy支持数组之间的哪些运算呢？【教师】播放相应视频，引入NumPy的概念。【学生】聆听、记录、理解传授新知任务一存储并查找营业收入数据一、认识数组【教师】通过多媒体讲解数组的概念【学生】聆听、记录、理解二、创建数组【教师】通过多媒体讲解数组的概念1．array()函数2．arange()函数3．random模块4．其他函数【学生】聆听、记录、理解课堂小结【教师】简要总结本节课的要点（1）认识数组。（2）掌握创建数组的方法。【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业请根据课堂上所学知识，完成教材课后练习。本课作业布置二维码老师用文旌课堂APP扫描此码，即可进行线上作业布置【学生】完成课后任务第3、4课时考勤【教师】清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部报请假人员及原因新课预热【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程内容、考核标准等【学生】聆听、互动【教师】简要介绍NumPy的发展历史和什么是NumPy？NumPy已成为

Python

数值计算的核心基础库，大多数科学计算库都基于NumPy

数组构建。它在生物学、物理学、化学、天文学、地球科学、心理学、材料科学、工程学、金融和经济学等多个领域的研究分析中起着至关重要的作用。【学生】聆听、记录、理解问题导入【教师】提出以下问题：请大家讨论一下，如何查看数组的属性、访问数组的元素？【教师】引入数组属性的概念【学生】聆听、记录、理解传授新知任务一存储并查找营业收入数据三、查看数组属性【教师】通过多媒体讲解Python数组的属性属性说明ndim数组的维度，返回一个整数shape数组的形状，返回一个元组(m,n)，表示m行n列size数组中元素的总个数，等于数组形状的乘积，即m×ndtype数组中元素的数据类型itemsize数组中每个元素的大小，单位为字节【学生】聆听、记录、理解四、访问数组元素【教师】通过多媒体讲解访问数组元素的方法通过下标访问数组元素1）访问一维数组元素2）访问二维数组元素2．通过布尔型索引访问数组元素【学生】聆听、记录、理解【德育长廊】【教师】提出以下问题：请同学们思考一下，假设你负责企业的库存数据统计工作，为掩盖工作失误，你可以篡改库存数据吗？【教师】通过多媒体讲解坚守职业操守，杜绝数据篡改【学生】聆听、思考任务实施【教师】通过小旌引出本次任务实施的主题——存储并查找营业收入数据。【教师】讲解实施步骤实施步骤某保险公司2017—2024年利润表中的营业总收入和主营业务收入数据如下表所示。某保险公司2017—2024年营业收入数据年份20172018201920202021202220232024营业总收入（万元）106669148224170498226604230911311080435078526180主营业务收入（万元）98979131972156831190971213891300895399324509876将数据存储到数组中，并按需求查找数据。查找所有的主营业务收入数据，实现代码如下。查找主营业务收入大于300000万元的数据。查找2020—2023年的营业总收入和主营业务收入数据。【学生】聆听、操作、讨论课堂小结【教师】简要总结本节课的要点掌握查看数组属性的方法。掌握访问数组元素的操作方法。【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业请根据课堂上所学知识，完成教材课后练习。本课作业布置二维码老师用文旌课堂APP扫描此码，即可进行线上作业布置【学生】完成课后任务第5、6课时考勤【教师】清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部报请假人员及原因新课预热【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程内容、考核标准等【学生】聆听、互动【教师】简要介绍NumPy的数据运算NumPy

支持数组之间的矢量化运算及数组与标量之间的运算，这些运算会自动应用到数组中的每个元素；也支持使用数组运算函数对数组中的元素进行运算。【学生】聆听、记录、理解问题导入【教师】提出以下问题：请大家讨论一下，NumPy支持数组之间的哪些运算呢？【教师】引入NumPy的矢量和标量运算【学生】聆听、记录、理解传授新知任务二计算营业收入数据一、矢量化运算【教师】通过多媒体讲解矢量化运算的相关操作1．算术运算2．比较运算【学生】聆听、记录、理解二、标量运算【教师】通过多媒体讲解标量运算的相关操作1．算术运算2．比较运算【学生】聆听、记录、理解常用数组运算函数函数说明sum()求和mean()计算均值，零长度数组的均值为NaNstd()、var()计算标准差和方差min()、max()返回最小值和最大值argmin()、argmax()返回最小值和最大值的索引cumsum()计算累计和cumprod()计算累计积任务实施【教师】通过小旌引出本次任务实施的主题——计算营业收入数据。【教师】讲解实施步骤实施步骤根据上例表中某保险公司2017—2024年的营业总收入和主营业务收入数据，计算2017—2024年该保险公司的其他业务收入，以及每月的平均收入。（1）计算

2017—2024

年保险公司的其他业务收入（营业总收入-主营业务收入），实现代码如下。（2）计算2017—2024年每月的平均营业总收入和平均主营业务收入，实现代码如下。【学生】聆听、操作、讨论课堂小结【教师】简要总结本节课的要点掌握NumPy矢量化运算。掌握NumPy标量化运算。掌握常用数组运算函数【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业请根据课堂上所学知识，完成教材课后练习。本课作业布置二维码老师用文旌课堂APP扫描此码，即可进行线上作业布置【学生】完成课后任务第7、8课时考勤【教师】清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部报请假人员及原因新课预热【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程内容、考核标准等【学生】聆听、互动【教师】简要介绍函数的定义和使用方法使用

NumPy

还可以对数组进行排序与合并等。本任务首先介绍数组的排序与合并方法，然后使用所学知识计算股票收益。【学生】聆听、记录、理解问题导入【教师】提出以下问题：请大家讨论一下，使用

NumPy

如何对数组进行排序与合并？【教师】通过提问，引入

NumPy

对数组进行排序与合并的概念。【学生】聆听、记录、理解传授新知任务二计算股票收益一、数组排序【教师】通过多媒体讲解数组排序的方法NumPy提供了sort()函数用于升序排列数组，语法格式如下。numpy.sort(a,axis=-1)详见教材【学生】聆听、记录、理解二、数组合并NumPy

提供了vstack()函数、hstack()函数和concatenate()函数等用于合并数组。任务实施【教师】通过小旌引出本次任务实施的主题——计算股票收益。【教师】讲解实施步骤实施步骤某投资者有一个投资组合，初始资金为

100

万元，组合中包含

4

只股票（股票简称分别为A、B、C和D），每只股票的资金配置比例分别为15%、20%、25%、40%。模拟生成4

只股票在

5

个交易日的涨跌幅数据，对涨跌幅数据进行查询和排序操作，并计算股票收益。（1）模拟生成4只股票在5个交易日的涨跌幅数据。（2）查询股票B在2024年9月25日的涨跌幅，以及涨跌幅小于-0.01的股票跌幅值。（3）按每个交易日4只股票的涨跌幅进行排序。（4）创建一维数组，存储股票的资金配置比例，根据每只股票在投资组合中的配置比例计算每个交易日投资组合的加权收益率（4

只股票的资金配置比例乘以每个交易日

4

只股票的涨跌幅并相加）。（5）计算投资组合每个交易日的总收益和5个交易日的总收