NumPyには、配列に含まれる要素のデータの散らばり具合を示す指標の1つとなる標準偏差を求める関数があります。
標準偏差とは、各データとデータの平均との差を2乗した値の平均に対して平方根をとるものです。この値を計算して標準偏差を調べることで、Jupyter Notebookなどと組み合わせることで簡単にデータ分析をすることができます。
標準偏差に関する詳しい解説は以下のサイトを参照してみてください。
標準偏差とは何か?その求め方や公式の意味・使い方をわかりやすく説明します - アタリマエ!
np.std()
では早速NumPyで実装されている関数np.std()
についてみていきます。
APIドキュメント
この関数のAPIドキュメントは以下の通りです。
**np.std(a, axis=None, dtype=None, out=None, ddof=0, keepdims=False, …, where=)**
args:
パラメータ名 |
型 |
概要 |
a |
array_like 配列に相当するもの |
標準偏差を計算したい配列を指定します。 |
axis |
Noneもしくはint もしくはintのタプル |
(省略可能)初期値None どの軸方向に沿って演算を進めていくかを指定します。Noneの場合は全ての要素を対象にして標準偏差を求めます。 |
dtype |
データ型 |
(省略可能)初期値None 演算を行うときに用いるデータ型を指定します。Noneのときは元の配列がintであれば’float64’で、’float’であれば同じデータ型を用います。 |
out |
ndarray |
(省略可能)初期値None 結果を格納する配列を指定します。 |
ddof |
int |
(省略可能)初期値0 標準偏差を計算する際にデータの個数で割り算を行う際、本来のデータの個数Nではなく”N-ddof”で割るようにします。これによってデータの自由度が増加します。 |
keepdims |
bool値 |
(省略可能)初期値False ここをTrueにしておくと出力される配列の次元数が保存されます。Falseの場合は特に次元が保存されることはありません。要素が1になった次元は削除されます。 |
where |
array_like of bool |
(省略可能)標準偏差の計算に含める要素を指定します |
returns:
指定された範囲での標準偏差を要素とする配列、または値が出力されます。
引数は、第一引数であるa
で標準偏差を求めたい元の配列を指定し、第二引数であるaxis
でどの軸方向に演算を行なっていくかを指定します。ちなみにaxis
がNoneの場合は全ての軸を選択している状態となっています。
axis
の扱いにまだ慣れていないという人は以下の記事を参考にしてみてください。
NumPyの軸(axis)と次元数(ndim)とは何を意味するのか - DeepAge /features/numpy-axis.html
dtype
では演算に用いるデータ型を指定し、out
では結果を格納する場所を指定する引数ですが、実際にはほとんど使用されることはありません。ddof
は統計では重要な役割を果たす引数です。主に不偏標準偏差を求める際にddof=1
として使われます。これについての詳しい解説は以下のサイトでされているので参考にしてみてください。
keepdims
は、元の配列の次元数を保持した状態で結果を出力するかどうかを指定できる引数です。
不偏標準偏差
最後にkeepdims
ですが、これは元の配列の次元数を保持した状態で結果を出力するかどうかを指定できる引数です。
サンプルコード
実際に使っていきます。まずはシンプルな使い方から。
次は軸(axis
)を指定していきます。
次はdtype
を指定します。
out
を指定します。データ型と配列の形状(shape)が一致していないとエラーを起こすので注意が必要です。
ddof
を指定します。
不偏標準偏差をこれを使って求めてみます。
最後にkeepdims
です。次元数を保持するかどうかを指定します。ここをTrue
にしておくとそのままブロードキャスティング機能を利用することができます。
ブロードキャストについては以下の記事で詳しく解説してありますので、気になる方は参照してみてください。
NumPyのブロードキャストのメリットと解説 - DeepAge /featuers/numpy-broadcasting.html
参考サイト
・numpy.std — NumPy v1.13 Manual - Numpy and Scipy Documentation