[250317월54H] numpy, matplotlib, pandas + 객체와 클래스 문제풀이

윤승호·2025년 3월 17일
문제

비전공자 부트캠프 생존기

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라이브러리(numpy, matplotlib, pandas)의 기초를 배웠다. 파이썬 따라가기도 힘든데 라이브러리까지 하려니 머리가 터질 것 같다. 오늘 교육량이 엄청나다. 지난주 목&금 합친 것의 2배 이상 되는 느낌... 주말에 객체와 클래스를 어느 정도 복습해 두어서 금방 푼 문제도 있다. 아직 다른 학생들에 비해 한참 부족하지만 그래도 이제 클래스 코드는 이해하면서 리딩할 수 있다. 진짜 신기함. 그리고 벨로그 코드블럭에 색상 넣는 법을 알았다!

numpy 관련 함수를 익히는 게 급선무인 것 같다. 특히 슬라이싱에선 뭐가 뭔지 하나도 모르겠다.

학습시간 09:00~01:00(당일16H/누적54H)

학습내용

개념정리

  • 리스트 컴프리헨션(List Comprehension)에 대해서 배웠다. 간단한 코드를 한 줄에 쓰기에 적당해 보인다. 엑셀 함수랑 문법 순서가 달라서 조금 헷갈린다. 그래도 외우자!!
    ㄴ ★ 변수A = 함수A(함수B(변수B.파라미터) for 변수B in 리스트 if 조건) ★
# 리스트 컴프리헨션 예시
total = sum(len(branch.reservations) for branch in branches)
total = sum(len(emp.salary for emp in cls.employees)
  • 튜플 형태는 무엇인가?
    ㄴ 리스트&딕셔너리에서 (a, b) 처럼 언패킹하여 값을 가져올 수 있는 형태
  • enumerate() 함수는 무슨 용도인가?
    ㄴ 리스트 반복하며 인덱스 번호까지 가져오는 함수
# enumerate 함수 사용 예시
fruits = ['사과', '바나나', '체리']

for index, fruit in enumerate(fruits):
    print(index, fruit)
  • 딕셔너리 형태에 콜론 3개 가능한가? (예: {“a”: ”b”: ”c”})
    ㄴ ❌불가능하다. 딕셔너리는 반드시 {key: value} 형태로만 사용해야 한다
# 올바른 사용 예시
d = {"a": "b", "c": "d"}
print(d["a"])  # b

# 틀린 사용 예시 (❌ SyntaxError 발생❌)
d = {"a": "b": "c"}
  • 머신러닝 엔지니어는 매트릭?을 최적화하는 직군이다.
    (체류시간, 클릭율 등의 매트릭을 선정 후 수치를 올림)
  • 머신러닝 엔지니어 최대의 난제는 각 PC별 작업 환경을 통일하는 것이다.
    ㄴ 각 PC 사양이 달라서 라이브러리 버전을 통일하기 어렵다.
    ㄴ 그래서 Docker? Kubernetes? 같은 걸 사용한다?
  • MLops 는 서비스 통합 및 배포 flow operation 한다.
  • API 설계하는 방법을 잘 알아두는 것이 좋다.
  • 작은 회사에서는 데이터 엔지니어링을 같이 할 때가 많다.

라이브러리(numpy, matplotlib, pandas)

1. numpy

  • import numpy as np
  • 행렬 연산에 최적화된 라이브러리
  • 핵심 기능
np.array(1, 2, 3) # 튜플을 넘겨주면 numpy 배열로 변환
np.zeros((2, 3)) # 2 * 3 크기의 zero 값 배열 생성
np.arange(1, 10, 2) # 1이상 10미만 2씩 더하며 배열 생성 
array.size # 배열 총 요소 개수 반환
array.dtype # 배열 데이터 타입 확인
array.shape # 배열 차원(행, 열) 정보 반환
array.mean # 배열 요소 평균 반환
array.sum # 배열 요소 합 반환
array.min # 배열 최소값 반환
array.max # 배열 최대값 반환
array.[1:3] # 1이상 3미만 인덱스 슬라이싱
array.[1, 3] # 1번 행 & 3번 열 요소 값 반환  
array.[:, -1] # 모든 행 마지막 열 요소 값 반환
array.[0:2, 1] # 0번 이상 & 2번 미만, 1번 열 값 반환 
array.[[0, 2]] # 0번, 2번 행 값 반환
array.[] *-+/ 2 # (숫자 연산 가능)
mask = array > 7000 # 불린값 True or False 나옴
array[mask] = True # 이렇게 하면 True인 값만 나옴
array.mean() == sum([1, 2, 3]) / 3 # 서로 동일한 연산

2. matplotlib

  • import matplotlib.pyplot as plt
  • 그래프에 최적화된 라이브러리
  • 딥러닝 매트릭스 시각화에 주로 사용
  • 주피터노트북 제외 plt.show() 해야 출력됨
  • 그래프 종류 plot, bar, scatter
  • 자연어와 이미지는 scatter(산점도)를 많이 사용함
  • 핵심 기능(보통 아래 순서로 입력함)
import matplotlib.pyplot as plt

plt.figure(figsize=(10, 8)) # 그래프 사이즈 설정
plt.rc('font', family='Malgun Gothic') # 한글 폰트 설정 (맑은 고딕)
plt.rc('axes', unicode_minus=False) # 마이너스 기호 깨짐 방지
plt.scatter(x_array, y_array, color='red', marker='s')  
plt.title("Apple Stock Prices Over Time") # 타이틀 설정
plt.xlabel("Year") # X축 이름
plt.ylabel("Price (USD)") # Y축 이름
plt.show() # 그래프 출력

x_array = np.array([2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2017, 2018, 2019, 2020])
y_array = np.array([14.46, 19.01, 20.04, 27.59, 26.32, 28.96, 42.31, 39.44, 73.41, 132.69])

3. pandas

  • import pandas as pd
  • 표에 최적화된 라이브러리
  • csv 파일을 주로 이용(엑셀 피벗테이블 DB 느낌임)
  • Type은 DataFrame & Series
  • DataFrame = 2차원(Series들로 이루어진 값)
  • Series = 1차원(column)
  • 딕셔너리 형태로 사용함(아래 예시)
import pandas as pd
df = pd.DataFrame({
		‘series_1’: [‘a’, ‘b’, ‘c’], 
		‘series_2’: [1, 2, 3],
		‘series_3’: [1000, 2000, 3000]
})
  • 핵심 기능
df[‘series’] # 시리즈 열 출력
df[‘series’].mean # 평균
df[‘series’].sum # 합
df[‘series’].min # 최소값
df[‘series’].max # 최대값
df[‘series_1’] * df[‘series_2’] # 시리즈 간 곱

문제풀이

1. 타이머 프로그램

from datetime import datetime

class TimeTracker():
    def __init__(self):
        self.start_time = None
        self.end_time = None

    def start(self):
        self.start_time = datetime.now()
        print("타이머 시작, 현재시간:", self.start_time.strftime("%H시 %M분 %S초"))

    def stop(self):
        self.end_time = datetime.now()
        print("타이머 종료, 현재시간:",self.end_time.strftime("%H시 %M분 %S초"))

    def get_elapsed_time(self):
        elapsed_time = (self.end_time - self.start_time).total_seconds() / 60
        return elapsed_time

study_session = TimeTracker()


while True:
    command = input('"시작" 혹은 "종료"를 입력하세요.')

    if command == "시작":
        study_session.start()
    elif command == "종료":
        study_session.stop()
        elapsed = study_session.get_elapsed_time()
        if elapsed is not None:
            print(f"공부한 시간: {elapsed:.1f}분")
            break
        else:
            print("잘못된 명령어 입니다.")

2. 주소록 생성 프로그램

  • str 리턴 시 딕셔너리처럼 줄바꿈할 수 있다! 가독성이 좋다!
class Contact:
    def __init__(self, name, number, email):
        self.name = name
        self.number = number
        self.email = email

    def __str__(self):
        return (
                f"이름: {self.name}\n"
                f"전화번호: {self.number}\n"
                f"이메일: {self.email}\n"
                )

friend = Contact("Jane Doe", "010-1234-5678", "jane@example.com")

print(friend)

3. 투표기 생성 프로그램

  • for 문에 튜플 형식을 넣고 list.items() 함수를 사용해야 풀 수 있다.
class VoteSystem:
    def __init__(self):
        self.candidate_list = {}

    # 1. 후보자 등록(이름을 입력 받아 목록에 추가)
    def add_candidate(self, name):
        if name not in self.candidate_list:
            self.candidate_list[name] = 0 # 딕셔러니에 [이름: 투표수] 생성
            print(f"{name} 후보가 성공적으로 등록되었습니다.")

    # 2. 후보자 투표(존재하는 이름에 1회 투표)
    def vote(self, name):
        if name in self.candidate_list:
            self.candidate_list[name] += 1
            print(f"{name}에게 투표하였습니다.")

    # 3. 투표 결과 출력
    def get_results(self):
        print("투표 결과")
        for name, votes in self.candidate_list.items():
            print(f"{name}: {votes} votes")

# 사용 예시
voting_system = VoteSystem()
voting_system.add_candidate("Alice")
voting_system.add_candidate("Bob")
voting_system.add_candidate("Charlie")

voting_system.vote("Alice")
voting_system.vote("Alice")
voting_system.vote("Bob")

voting_system.get_results()

"""
# 예상 출력
Alice 후보가 성공적으로 등록되었습니다.
Bob 후보가 성공적으로 등록되었습니다.
Charlie 후보가 성공적으로 등록되었습니다.
Alice에게 투표하였습니다.
Alice에게 투표하였습니다.
Bob에게 투표하였습니다.
투표 결과:
Alice: 2 votes
Bob: 1 vote
Charlie: 0 votes
"""

4. 은행계좌 입출금 프로그램

  • 생각보다 어렵지 않았던 문제
class BankAccount:

    # 1. 계좌번호, 소유자 이름, 잔액 설정
    def __init__(self, account_number, account_holder, balance):
        self.account_number = account_number
        self.account_holder = account_holder
        self.balance = int(balance)
        print(f"{self.account_holder}님의 계좌 {self.account_number}가 개설되었습니다. 초기 잔액: {self.balance}원")

    # 2. 입금 설정
    def deposit(self, deposit):
        if deposit > 0:
            self.balance += deposit
            print(f"{deposit}원이 입금되었습니다. 현재 잔액: {self.balance}원")
        else:
            print("금액 금액이 없습니다.")

    # 3. 출금 설정
    def withdraw(self, withdraw):
        if withdraw > 0:
            self.balance -= withdraw
            print(f"{withdraw}원이 출금되었습니다. 현재 잔액: {self.balance}원")
        else:
            print("출금 금액이 없습니다.")

    # 4. 현재 잔액 설정
    def get_balance(self):
        return self.balance


# 사용 예시
my_account = BankAccount("123-456-789", "김철수", 100000)
my_account.deposit(50000)
my_account.withdraw(20000)
print(f"현재 잔액: {my_account.get_balance()}원")

"""
# 예상 출력
김철수님의 계좌 123-456-789가 개설되었습니다. 초기 잔액: 100000원
50000원이 입금되었습니다. 현재 잔액: 150000원
20000원이 출금되었습니다. 현재 잔액: 130000원
현재 잔액: 130000원
"""

현재 실력으로 풀지 못한 문제

1. 레스토랑 지점 관리 프로그램

  • 리스트를 class와 method 동시에 사용해야 하니 정말 혼란스럽다... 일단 GPT 도움을 받아 대충 구현하긴 했는데, 예약 삭제하는 부분은 작성할 엄두조차 나지 않는다. 미래의 내가 해결해 주겠지. 부탁한다 미래의 나!!
class ReservationSystem:
    reservation_list_all = []

    # 1. 지점명 설정
    def __init__(self, location):
        self.location = location
        self.reservation_list_location = []

    # 2. 예약 추가
    def add_reservation(self, customer_name, visit_date, pax):
        reservation = [customer_name, visit_date, pax]
        self.reservation_list_location.append(reservation)
        ReservationSystem.reservation_list_all.append(reservation)

    # 3. 예약 삭제
    def del_reservation(self):
        pass

    # 4. 예약 조회
    def list_reservations(self):
        print(f"{self.location} 예약 목록:")
        for search in self.reservation_list_location:
            print(f'- {search[0]}, {search[1]}, {search[2]}명')

    # 5. 예약 집계
    @classmethod
    def sum_reservations(cls, branches):
        total = sum(len(branch.reservation_list_location) for branch in branches)
        return total


# 사용 예시
restaurant1 = ReservationSystem("강남점")
restaurant2 = ReservationSystem("홍대점")

restaurant1.add_reservation("홍길동", "2024-05-20", 4)
restaurant2.add_reservation("김철수", "2024-05-21", 2)

restaurant1.list_reservations()
restaurant2.list_reservations()

total_reservations = ReservationSystem.sum_reservations([restaurant1, restaurant2])
print(f"전체 레스토랑 예약 수: {total_reservations}")

"""
# 예상 출력
강남점 예약 목록:
- 홍길동, 2024-05-20, 4명
홍대점 예약 목록:
- 김철수, 2024-05-21, 2명
전체 레스토랑 예약 수: 2
"""

2. 시간 관리 프로그램

  • 차마 건들지도 못함 ㅠㅠ (1)
### 문제를 위한 파일 생성코드입니다. 문제를 풀기 전 이 코드를 반드시 실행해주세요.

import csv
# (시뮬레이션을 위한) 예시 파일 작성코드
def write_tasks_to_csv(filename, tasks):
    with open(filename, 'w', newline='') as csvfile:
        fieldnames = ['할일', '소요시간']
        writer = csv.DictWriter(csvfile, fieldnames=fieldnames)

        writer.writeheader()
        for task, time in tasks:
            writer.writerow({'할일': task, '소요시간': time})

# 할 일과 소요 시간 데이터
tasks = [
    ('공부하기', 120),
    ('운동하기', 60),
    ('가계부정리', 30),
    ('영화보기', 150)
]

# CSV 파일로 저장
write_tasks_to_csv('tasks.csv', tasks)


# 문제 시작!!!
import csv

# 문제
def load_tasks(filename):
    pass


def suggest_tasks(tasks, remaining_time):
    pass


def main():
    pass
    
    # 프로그램 실행
if __name__ == "__main__":
    main()

"""
# 출력 예시
  선택된 할 일 목록:
  1. 가계부정리 - 예상 소요 시간: 30분
  2. 운동하기 - 예상 소요 시간: 60분
  3. 공부하기 - 예상 소요 시간: 120분
"""

3. 소수의 합 연산 프로그램

  • 차마 건들지도 못함 ㅠㅠ (2)
# 문제
def is_prime(num):
    pass

def sum_of_primes(n):
    pass

def main():
    pass
    
# 프로그램 실행
if __name__ == "__main__":
    main()
    
"""
# 출력 예시
10 이하 소수의 합은 17입니다.
"""

4. 도서관 관리 프로그램

  • 문제조차 이해하지 못해서 붙이지 않겠음... 어떡하냐
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윤승호
나는 AI 엔지니어가 된다.
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