Python学习笔记第三十九天
Numpy 数组操作
Numpy 中包含了一些函数用于处理数组，大概可分为以下几类：
- 修改数组形状
- 翻转数组
- 修改数组维度
- 连接数组
- 分割数组
- 数组元素的添加与删除
修改数组形状
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| reshape | 不改变数据的条件下修改形状 |
| flat | 数组元素迭代器 |
| flatten | 返回一份数组拷贝，对拷贝所做的修改不会影响原始数组 |
| rave | l 返回展开数组 |
numpy.reshape
numpy.reshape 函数可以在不改变数据的条件下修改形状，格式如下：
numpy.reshape(arr, newshape, order='C')
- arr：要修改形状的数组
- newshape：整数或者整数数组，新的形状应当兼容原有形状
- order：‘C’ – 按行，‘F’ – 按列，‘A’ – 原顺序，‘k’ – 元素在内存中的出现顺序。
# 实例 1
import numpy as np
a = np.arange(8)
print ('原始数组：')
print (a)
print ('\n')
b = a.reshape(4,2)
print ('修改后的数组：')
print (b)
输出结果如下：
原始数组：
[0 1 2 3 4 5 6 7]
修改后的数组：
[[0 1]
[2 3]
[4 5]
[6 7]]
numpy.ndarray.flat
numpy.ndarray.flat 是一个数组元素迭代器，实例如下:
# 实例 2
import numpy as np
a = np.arange(9).reshape(3,3)
print ('原始数组：')
for row in a:
print (row)
#对数组中每个元素都进行处理，可以使用flat属性，该属性是一个数组元素迭代器：
print ('迭代后的数组：')
for element in a.flat:
print (element)
输出结果如下：
原始数组：
[0 1 2]
[3 4 5]
[6 7 8]
迭代后的数组：
0
1
2
3
4
5
6
7
8
numpy.ndarray.flatten
numpy.ndarray.flatten 返回一份数组拷贝，对拷贝所做的修改不会影响原始数组，格式如下：
ndarray.flatten(order='C')
参数说明：
- order：‘C’ – 按行，‘F’ – 按列，‘A’ – 原顺序，‘K’ – 元素在内存中的出现顺序。
# 实例 3
import numpy as np
a = np.arange(8).reshape(2,4)
print ('原数组：')
print (a)
print ('\n')
# 默认按行
print ('展开的数组：')
print (a.flatten())
print ('\n')
print ('以 F 风格顺序展开的数组：')
print (a.flatten(order = 'F'))
输出结果如下：
原数组：
[[0 1 2 3]
[4 5 6 7]]
展开的数组：
[0 1 2 3 4 5 6 7]
以 F 风格顺序展开的数组：
[0 4 1 5 2 6 3 7]
numpy.ravel
numpy.ravel() 展平的数组元素，顺序通常是"C风格"，返回的是数组视图（view，有点类似 C/C++引用reference的意味），修改会影响原始数组。
该函数接收两个参数：
numpy.ravel(a, order='C')
参数说明：
- order：‘C’ – 按行，‘F’ – 按列，‘A’ – 原顺序，‘K’ – 元素在内存中的出现顺序。
# 实例 4
import numpy as np
a = np.arange(8).reshape(2,4)
print ('原数组：')
print (a)
print ('\n')
print ('调用 ravel 函数之后：')
print (a.ravel())
print ('\n')
print ('以 F 风格顺序调用 ravel 函数之后：')
print (a.ravel(order = 'F'))
输出结果如下：
原数组：
[[0 1 2 3]
[4 5 6 7]]
调用 ravel 函数之后：
[0 1 2 3 4 5 6 7]
以 F 风格顺序调用 ravel 函数之后：
[0 4 1 5 2 6 3 7]
翻转数组
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| transpose | 对换数组的维度 |
| ndarray.T | 和 self.transpose() 相同 |
| rollaxis | 向后滚动指定的轴 |
| swapaxes | 对换数组的两个轴 |
numpy.transpose
numpy.transpose 函数用于对换数组的维度，格式如下：
numpy.transpose(arr, axes)
参数说明:
- arr：要操作的数组
- axes：整数列表，对应维度，通常所有维度都会对换。
# 实例 5
import numpy as np
a = np.arange(12).reshape(3,4)
print ('原数组：')
print (a )
print ('\n')
print ('对换数组：')
print (np.transpose(a))
输出结果如下：
原数组：
[[ 0 1 2 3]
[ 4 5 6 7]
[ 8 9 10 11]]
对换数组：
[[ 0 4 8]
[ 1 5 9]
[ 2 6 10]
[ 3 7 11]]
numpy.ndarray.T 类似 numpy.transpose：
# 实例 6
import numpy as np
a = np.arange(12).reshape(3,4)
print ('原数组：')
print (a)
print ('\n')
print ('转置数组：')
print (a.T)
输出结果如下：
原数组：
[[ 0 1 2 3]
[ 4 5 6 7]
[ 8 9 10 11]]
转置数组：
[[ 0 4 8]
[ 1 5 9]
[ 2 6 10]
[ 3 7 11]]
numpy.rollaxis
numpy.rollaxis 函数向后滚动特定的轴到一个特定位置，格式如下：
numpy.rollaxis(arr, axis, start)
参数说明：
- arr：数组
- axis：要向后滚动的轴，其它轴的相对位置不会改变
- start：默认为零，表示完整的滚动。会滚动到特定位置。
# 实例 7
import numpy as np
# 创建了三维的 ndarray
a = np.arange(8).reshape(2,2,2)
print ('原数组：')
print (a)
print ('获取数组中一个值：')
print(np.where(a==6))
print(a[1,1,0]) # 为 6
print ('\n')
# 将轴 2 滚动到轴 0（宽度到深度）
print ('调用 rollaxis 函数：')
b = np.rollaxis(a,2,0)
print (b)
# 查看元素 a[1,1,0]，即 6 的坐标，变成 [0, 1, 1]
# 最后一个 0 移动到最前面
print(np.where(b==6))
print ('\n')
# 将轴 2 滚动到轴 1：（宽度到高度）
print ('调用 rollaxis 函数：')
c = np.rollaxis(a,2,1)
print (c)
# 查看元素 a[1,1,0]，即 6 的坐标，变成 [1, 0, 1]
# 最后的 0 和 它前面的 1 对换位置
print(np.where(c==6))
print ('\n')
输出结果如下：
原数组：
[[[0 1]
[2 3]]
[[4 5]
[6 7]]]
获取数组中一个值：
(array([1]), array([1]), array([0]))
6
调用 rollaxis 函数：
[[[0 2]
[4 6]]
[[1 3]
[5 7]]]
(array([0]), array([1]), array([1]))
调用 rollaxis 函数：
[[[0 2]
[1 3]]
[[4 6]
[5 7]]]
(array([1]), array([0]), array([1]))
numpy.swapaxes
numpy.swapaxes 函数用于交换数组的两个轴，格式如下：
numpy.swapaxes(arr, axis1, axis2)
- arr：输入的数组
- axis1：对应第一个轴的整数
- axis2：对应第二个轴的整数
# 实例 8
import numpy as np
# 创建了三维的 ndarray
a = np.arange(8).reshape(2,2,2)
print ('原数组：')
print (a)
print ('\n')
# 现在交换轴 0（深度方向）到轴 2（宽度方向）
print ('调用 swapaxes 函数后的数组：')
print (np.swapaxes(a, 2, 0))
输出结果如下：
原数组：
[[[0 1]
[2 3]]
[[4 5]
[6 7]]]
调用 swapaxes 函数后的数组：
[[[0 4]
[2 6]]
[[1 5]
[3 7]]]
修改数组维度
| 维度 | 描述 |
|---|---|
| broadcast | 产生模仿广播的对象 |
| broadcast_to | 将数组广播到新形状 |
| expand_dims | 扩展数组的形状 |
| squeeze | 从数组的形状中删除一维条目 |
numpy.broadcast
numpy.broadcast 用于模仿广播的对象，它返回一个对象，该对象封装了将一个数组广播到另一个数组的结果。
该函数使用两个数组作为输入参数，如下实例：
# 实例 9
import numpy as np
x = np.array([[1], [2], [3]])
y = np.array([4, 5, 6])
# 对 y 广播 x
b = np.broadcast(x,y)
# 它拥有 iterator 属性，基于自身组件的迭代器元组
print ('对 y 广播 x：')
r,c = b.iters
# Python3.x 为 next(context) ，Python2.x 为 context.next()
print (next(r), next(c))
print (next(r), next(c))
print ('\n')
# shape 属性返回广播对象的形状
print ('广播对象的形状：')
print (b.shape)
print ('\n')
# 手动使用 broadcast 将 x 与 y 相加
b = np.broadcast(x,y)
c = np.empty(b.shape)
print ('手动使用 broadcast 将 x 与 y 相加：')
print (c.shape)
print ('\n')
c.flat = [u + v for (u,v) in b]
print ('调用 flat 函数：')
print (c)
print ('\n')
# 获得了和 NumPy 内建的广播支持相同的结果
print ('x 与 y 的和：')
print (x + y)
输出结果为：
对 y 广播 x：
1 4
1 5
广播对象的形状：
(3, 3)
手动使用 broadcast 将 x 与 y 相加：
(3, 3)
调用 flat 函数：
[[5. 6. 7.]
[6. 7. 8.]
[7. 8. 9.]]
x 与 y 的和：
[[5 6 7]
[6 7 8]
[7 8 9]]
numpy.broadcast_to
numpy.broadcast_to 函数将数组广播到新形状。它在原始数组上返回只读视图。 它通常不连续。 如果新形状不符合 NumPy 的广播规则，该函数可能会抛出ValueError。
numpy.broadcast_to(array, shape, subok)
# 实例 10
import numpy as np
a = np.arange(4).reshape(1,4)
print ('原数组：')
print (a)
print ('\n')
print ('调用 broadcast_to 函数之后：')
print (np.broadcast_to(a,(4,4)))
输出结果为：
原数组：
[[0 1 2 3]]
调用 broadcast_to 函数之后：
[[0 1 2 3]
[0 1 2 3]
[0 1 2 3]
[0 1 2 3]]
numpy.expand_dims
numpy.expand_dims 函数通过在指定位置插入新的轴来扩展数组形状，函数格式如下:
numpy.expand_dims(arr, axis)
参数说明：
- arr：输入数组
- axis：新轴插入的位置
# 实例 11
import numpy as np
x = np.array(([1,2],[3,4]))
print ('数组 x：')
print (x)
print ('\n')
y = np.expand_dims(x, axis = 0)
print ('数组 y：')
print (y)
print ('\n')
print ('数组 x 和 y 的形状：')
print (x.shape, y.shape)
print ('\n')
# 在位置 1 插入轴
y = np.expand_dims(x, axis = 1)
print ('在位置 1 插入轴之后的数组 y：')
print (y)
print ('\n')
print ('x.ndim 和 y.ndim：')
print (x.ndim,y.ndim)
print ('\n')
print ('x.shape 和 y.shape：')
print (x.shape, y.shape)
输出结果为：
数组 x：
[[1 2]
[3 4]]
数组 y：
[[[1 2]
[3 4]]]
数组 x 和 y 的形状：
(2, 2) (1, 2, 2)
在位置 1 插入轴之后的数组 y：
[[[1 2]]
[[3 4]]]
x.ndim 和 y.ndim：
2 3
x.shape 和 y.shape：
(2, 2) (2, 1, 2)
numpy.squeeze
numpy.squeeze 函数从给定数组的形状中删除一维的条目，函数格式如下：
numpy.squeeze(arr, axis)
参数说明：
- arr：输入数组
- axis：整数或整数元组，用于选择形状中一维条目的子集
# 实例 12
import numpy as np
x = np.arange(9).reshape(1,3,3)
print ('数组 x：')
print (x)
print ('\n')
y = np.squeeze(x)
print ('数组 y：')
print (y)
print ('\n')
print ('数组 x 和 y 的形状：')
print (x.shape, y.shape)
输出结果为：
数组 x：
[[[0 1 2]
[3 4 5]
[6 7 8]]]
数组 y：
[[0 1 2]
[3 4 5]
[6 7 8]]
数组 x 和 y 的形状：
(1, 3, 3) (3, 3)
结束语
今天学习的是PythonNumpy 数组操作学会了吗。 今天学习内容总结一下：
- 修改数组形状
- 翻转数组
- 修改数组维度