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NumPy简明教程(二、数组3)

2019-11-09 19:27:33
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供稿:网友

前两篇文章对NumPy数组做了基本的介绍,本篇文章对NumPy数组进行较深入的探讨。首先介绍自定义类型的数组,接着数组的组合,最后介绍数组复制方面的问题。

自定义结构数组

通过NumPy也可以定义像C语言那样的结构类型。在NumPy中定义结构的方法如下:

定义结构类型名称;定义字段名称,标明字段数据类型。

[python] view plain copy student= dtype({'names':['name', 'age', 'weight'], 'formats':['S32', 'i','f']}, align = True)  

这里student是自定义结构类型的名称,使用dtype函数创建,在第一个参数中,'names'和'formats'不能改变,names中列出的是结构中字段名称,formats中列出的是对应字段的数据类型。S32表示32字节长度的字符串,i表示32位的整数,f表示32位长度的浮点数。最后一个参数为True时,表示要求进行内存对齐。

字段中使用NumPy的字符编码来表示数据类型。更详细的数据类型见下表。

数据类型字符编码
整数i
无符号整数u
单精度浮点数f
双精度浮点数d
布尔值b
复数D
字符串S
UnicodeU
VoidV
在定义好结构类型之后,就可以定义以该类型为元素的数组了:

[python] view plain copy a= array([(“Zhang”, 32, 65.5), (“Wang”, 24, 55.2)], dtype =student)  

除了在每个元素中依次列出对应字段的数据外,还需要在array函数中最后一个参数指定其所对应的数据类型。

注:例子来源于张若愚的Python科学计算艺术的29页。更多关于dtype的内容请参考《NumPy for Beginner》一书的第二章。

组合函数

这里介绍以不同的方式组合函数。首先创建两个数组:

[python] view plain copy >>> a = arange(9).reshape(3,3)  >>> a  array([[0, 1, 2],             [3, 4, 5],             [6, 7, 8]])  >>> b = 2 * a  >>> b  array([[ 0, 2, 4],         [ 6, 8, 10],         [12, 14, 16]])  

水平组合

[python] view plain copy >>> hstack((a, b))  array([[ 0, 1, 2, 0, 2, 4],         [ 3, 4, 5, 6, 8, 10],         [ 6, 7, 8, 12, 14, 16]])  也可通过concatenate函数并指定相应的轴来获得这一效果:[python] view plain copy >>> concatenate((a, b), axis=1)  array([[ 0, 1, 2, 0, 2, 4],         [ 3, 4, 5, 6, 8, 10],         [ 6, 7, 8, 12, 14, 16]])  

垂直组合

[python] view plain copy >>> vstack((a, b))  array([[ 0, 1, 2],         [ 3, 4, 5],         [ 6, 7, 8],          [ 0, 2, 4],         [ 6, 8, 10],         [12, 14, 16]])  同样,可通过concatenate函数,并指定相应的轴来获得这一效果。[python] view plain copy >>> concatenate((a, b), axis=0)  array([[ 0, 1, 2],         [ 3, 4, 5],         [ 6, 7, 8],         [ 0, 2, 4],         [ 6, 8, 10],         [12, 14, 16]])  

深度组合

另外,还有深度方面的组合函数dstack。顾名思义,就是在数组的第三个轴(即深度)上组合。如下:

[python] view plain copy >>> dstack((a, b))  array([[[ 0, 0],          [ 1, 2],          [ 2, 4]],           [[ 3, 6],          [ 4, 8],          [ 5, 10]],           [[ 6, 12],          [ 7, 14],          [ 8, 16]]])  仔细观察,发现对应的元素都组合成一个新的列表,该列表作为新的数组的元素。

行组合

行组合可将多个一维数组作为新数组的每一行进行组合:

[python] view plain copy >>> one = arange(2)  >>> one  array([0, 1])  >>> two = one + 2  >>> two  array([2, 3])  >>> row_stack((one, two))  array([[0, 1],         [2, 3]])  对于2维数组,其作用就像垂直组合一样。

列组合

列组合的效果应该很清楚了。如下:

[python] view plain copy >>> column_stack((oned, twiceoned))  array([[0, 2],         [1, 3]])  对于2维数组,其作用就像水平组合一样。

分割数组

在NumPy中,分割数组的函数有hsplit、vsplit、dsplit和split。可将数组分割成相同大小的子数组,或指定原数组分割的位置。

水平分割

[python] view plain copy >>> a = arange(9).reshape(3,3)  >>> a  array([[0, 1, 2],         [3, 4, 5],         [6, 7, 8]])  >>> hsplit(a, 3)  [array([[0],         [3],         [6]]),   array([[1],         [4],         [7]]),   array([[2],         [5],         [8]])]  也调用split函数并指定轴为1来获得这样的效果:[python] view plain copy split(a, 3, axis=1)  

垂直分割

垂直分割是沿着垂直的轴切分数组:

[python] view plain copy >>> vsplit(a, 3)  >>> [array([[0, 1, 2]]), array([[3, 4, 5]]), array([[6, 7, 8]])]  同样,也可通过solit函数并指定轴为1来获得这样的效果:[python] view plain copy >>> split(a, 3, axis=0)  

面向深度的分割

dsplit函数使用的是面向深度的分割方式:

[python] view plain copy >>> c = arange(27).reshape(3, 3, 3)  >>> c  array([[[ 0,  1,  2],          [ 3,  4,  5],          [ 6,  7,  8]],           [[ 9, 10, 11],          [12, 13, 14],          [15, 16, 17]],           [[18, 19, 20],          [21, 22, 23],          [24, 25, 26]]])  >>> dsplit(c, 3)  [array([[[ 0],          [ 3],          [ 6]],           [[ 9],          [12],          [15]],           [[18],          [21],          [24]]]),   array([[[ 1],          [ 4],          [ 7]],           [[10],          [13],          [16]],           [[19],          [22],          [25]]]),   array([[[ 2],          [ 5],          [ 8]],           [[11],          [14],          [17]],           [[20],          [23],          [26]]])]  

复制和镜像(View)

   当运算和处理数组时,它们的数据有时被拷贝到新的数组有时不是。这通常是新手的困惑之源。这有三种情况:

完全不复制

   简单的赋值,而不复制数组对象或它们的数据。

[python] view plain copy >>> a = arange(12)  >>> b = a      #不创建新对象  >>> b is a           # a和b是同一个数组对象的两个名字  True  >>> b.shape = 3,4    #也改变了a的形状  >>> a.shape  (3, 4)  

    Python 传递不定对象作为参考4,所以函数调用不拷贝数组。

[python] view plain copy >>> def f(x):  ...     PRint id(x)  ...  >>> id(a)       #id是一个对象的唯一标识  148293216  >>> f(a)  148293216  

视图(view)和浅复制

   不同的数组对象分享同一个数据。视图方法创造一个新的数组对象指向同一数据。

[python] view plain copy >>> c = a.view()  >>> c is a  False  >>> c.base is a      #c是a持有数据的镜像  True  >>> c.flags.owndata  False  >>>  >>> c.shape = 2,6    # a的形状没变  >>> a.shape  (3, 4)  >>> c[0,4] = 1234        #a的数据改变了  >>> a  array([[   0,    1,    2,    3],         [1234,    5,    6,    7],         [   8,    9,   10,   11]])  切片数组返回它的一个视图:[python] view plain copy >>> s = a[ : , 1:3]     # 获得每一行1,2处的元素  >>> s[:] = 10           # s[:] 是s的镜像。注意区别s=10 and s[:]=10  >>> a  array([[   0,   10,   10,    3],         [1234,   10,   10,    7],         [   8,   10,   10,   11]])  

深复制

   这个复制方法完全复制数组和它的数据。

[python] view plain copy >>> d = a.copy()       #创建了一个含有新数据的新数组对象  >>> d is a  False  >>> d.base is a        #d和a现在没有任何关系  False  >>> d[0,0] = 9999  >>> a  array([[   0,   10,   10,    3],         [1234,   10,   10,    7],         [   8,   10,   10,   11]])  

参考文献:

《Python科学计算》《Tentative NumPy Tutorial》《NumPy for Beginner》


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