우아한 사이파이 - 수학, 과학, 엔지니어링을 위한 파이썬 데이터 분석 라이브러리 SciPy

괜찮다고 말하지만 괜찮지 않은 너와 나, 우리가 안고 사는 우울. 그리고 그 감정이 가져온 마음의 병 우울증. 화제의 채널



★ 사이파이를 활용해서 수치 계산과 데이터 분석 및 예측하기

사이파이는 통계, 신호 처리, 이미지 처리 및 함수 최적화에 사용되는 파이썬 데이터 과학 핵심 라이브러리다. 이 책은 파이썬을 사용하는 과학자를 대상으로 사이파이의 기본 사용법과 관련 라이브러리를 다룰 뿐만 아니라 실제 현업에서 사용하는 읽기 쉬운 우아한 코드를 제공한다. 유전자 발현 분석, 생존율?사망률 예측, 이미지 분석.필터링.등록, 실전 레이더 전파 데이터 분석.정보 변형, 스트리밍 데이터셋 처리 문제를 사이파이, 넘파이, 팬더스, 사이킷-이미지 등으로 해결한다.



이 책의 주목표는 독자가 넘파이와 사이파이 라이브러리를 효율적으로 다루는 것이다. 사이파이 라이브러리를 사용하여 효율적으로 과학적 문제를 분석하면서, 우아한 코드를 작성하는 노력이 가치 있다는 느낌이 들길 바란다.



★ 왜 ‘사이파이’인가?

넘파이와 사이파이 라이브러리는 파이썬 과학 생태계의 핵심이다. 사이파이 소프트웨어 라이러리는 통계, 신호 처리, 이미지 처리 및 함수 최적화와 같은 과학 데이터 처리에 사용하는 일련의 함수를 제공한다. 사이파이는 파이썬 숫자 배열 계산 라이브러리인 넘파이를 기반으로 한다. 지난 몇 년 동안 넘파이와 사이파이 기반 앱과 라이브러리 생태계는 천문학, 생물학, 기상학 및 기후 과학, 재료 과학 등 다양한 분야에 걸쳐 급격히 성장해왔다.



★ 이 책에서 다루는 수학, 과학, 엔지니어링 주요 패키지 소개

- 사이파이(SciPy) : 신호의 처리, 통합 및 최적화, 그리고 통계와 같은 분야에 사용되는 효율적인 수치 알고리즘의 모음이다. 사용자 친화적인 인터페이스를 제공한다.

- 넘파이(NumPy) : 파이썬에서 기초 과학을 다루는 넘파이는 효율적인 수치 배열과 선형대수, 난수 및 푸리에 변환을 포함한 광범위한 수치 계산을 제공한다. 넘파이의 가장 강력한 기능은 N 차원 배열(ndarry)이다. 이러한 자료 구조는 숫자를 효율적으로 저장하고, 다차원의 그리드(grid )를 정의한다.

- 맷플롯립(Matplotlib) : 2차원 및 기본적인 3차원 그래프를 그리는 강력한 패키지다.

- 아이파이썬(IPython) : 데이터와 테스트 로직을 적용하여 그 결과를 쉽고 빠르게 얻을 수 있는 파이썬의 대화식 인터프리터 인터페이스다.

- 주피터 노트북(Jupyter notebook) : 브라우저에서 코드, 텍스트, 수식 및 대화식 위젯을 결합한 풍부한 문서를 만들 수 있다. 실제로 이 책에서 사용하는 코드를 주피터 노트북으로 변환하여 실행했다(이 책의 모든 예제가 올바르게 작동한다). 주피턴는 아이파이썬의 확장으로 시작했지만, 현재는 사이썬(Cython), 줄리아(Julia), R, 옥타브(Octave), 배시(Bash), 펄(Perl ), 루비(Ruby)를 비롯한 여러 언어를 지원한다.

- 팬더스(pandas) : 사용하기 쉬운 패키지 형태로 칼럼 형식의 자료 구조를 빠르게 제공한다. 특히 테이블 혹은 관계형 데이터베이스와 같이 레이블이 있는 데이터셋을 처리하고, 시계열(time series ) 데이터와 슬라이딩 윈도우(sliding window)를 관리하는 데 적합하다. 또한, 데이터 파싱, 정리, 수집하고, 그래프를 그리는 데 편리한 데이터 도구를 제공한다.

- 사이킷-런(scikit-learn) : 머신러닝 알고리즘용 통합 인터페이스를 제공한다.

- 사이킷-이미지(scikit-image) : 사이파이 생태계와 완벽하게 통합하는 이미지 분석 도구를 제공한다.



★ 주요 내용

- 과학 계산에 활용되는 자료구조 넘파이 배열 사용하기

- 분위수 정규화를 사용하여 측정값이 특정 분포에 맞는지 확인하기

- 시간 또는 공간 데이터를 주파수 도메인 데이터로 고속 푸리에 변환하기

- 사이파이 희소 모듈로 이미지 분할화와 희소행렬 문제 해결하기

- 사이파이 패키지를 사용하여 선형대수학 다루기

- 사이파이의 최적화 모듈로 이미지를 정렬하고 등록하기

- 파이썬 데이터 스트리밍 요소와 Toolz 라이브러리로 대규모 데이터셋 처리하기