08NumPy学习——数组操作 NumPy

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

1. 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
ravel	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’)

参数说明：

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。

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：
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:

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：
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。

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：
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。

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：
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]

2. 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。

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：
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：

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：
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。

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') # 将轴 2 滚动到轴 0（宽度到深度） print ('调用 rollaxis 函数：') print (np.rollaxis(a,2)) # 将轴 0 滚动到轴 1：（宽度到高度） print ('\n') print ('调用 rollaxis 函数：') print (np.rollaxis(a,2,1))

【08NumPy学习——数组操作】输出结果：
原数组：
[[[0 1]
[2 3] ]

[ [4 5]
[6 7]]]

调用 rollaxis 函数：
[[[0 2]
[4 6] ]

[ [1 3]
[5 7] ]]

调用 rollaxis 函数：
[[[0 2]
[1 3] ]

[ [4 6]
[5 7]]]

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)

参数说明：

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

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：
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]]]

3. 修改数组维度

函数	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：

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：
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)

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：
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

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：
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

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：
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)

4. 连接数组

函数	描述
concatenate	连接沿现有轴的数组序列
stack	沿着新的轴加入一系列数组。
hstack	水平堆叠序列中的数组（列方向）
vstack	竖直堆叠序列中的数组（行方向）

numpy.concatenate
numpy.concatenate 函数用于沿指定轴连接相同形状的两个或多个数组，格式如下：

numpy.concatenate((a1, a2, …), axis)

参数说明：

a1, a2, …：相同类型的数组
axis：沿着它连接数组的轴，默认为 0

import numpy as np a = np.array([[1,2],[3,4]]) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') b = np.array([[5,6],[7,8]]) print ('第二个数组：') print (b) print ('\n') # 两个数组的维度相同 print ('沿轴 0 连接两个数组：') print (np.concatenate((a,b))) print ('\n') print ('沿轴 1 连接两个数组：') print (np.concatenate((a,b),axis = 1))

输出结果：
第一个数组：
[ [1 2]
[3 4] ]

第二个数组：
[ [5 6]
[7 8] ]

沿轴 0 连接两个数组：
[ [1 2]
[3 4]
[5 6]
[7 8] ]

沿轴 1 连接两个数组：
[ [1 2 5 6]
[3 4 7 8] ]

numpy.stack
numpy.stack 函数用于沿新轴连接数组序列，格式如下：

numpy.stack(arrays, axis)

参数说明：

arrays相同形状的数组序列
axis：返回数组中的轴，输入数组沿着它来堆叠

import numpy as np a = np.array([[1,2],[3,4]]) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') b = np.array([[5,6],[7,8]]) print ('第二个数组：') print (b) print ('\n') print ('沿轴 0 堆叠两个数组：') print (np.stack((a,b),0)) print ('\n') print ('沿轴 1 堆叠两个数组：') print (np.stack((a,b),1))

输出结果：
第一个数组：
[ [1 2]
[3 4] ]

第二个数组：
[ [5 6]
[7 8] ]

沿轴 0 堆叠两个数组：
[[[1 2]
[3 4]]

[[5 6]
[7 8]]]

沿轴 1 堆叠两个数组：
[[[1 2]
[5 6]]

[[3 4]
[7 8]]]

numpy.hstack
numpy.hstack 是 numpy.stack 函数的变体，它通过水平堆叠来生成数组。

import numpy as np a = np.array([[1,2],[3,4]]) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') b = np.array([[5,6],[7,8]]) print ('第二个数组：') print (b) print ('\n') print ('水平堆叠：') c = np.hstack((a,b)) print (c) print ('\n')

输出结果：
第一个数组：
[ [1 2]
[3 4] ]

第二个数组：
[ [5 6]
[7 8] ]

水平堆叠：
[ [1 2 5 6]
[3 4 7 8] ]

numpy.vstack
numpy.vstack 是 numpy.stack 函数的变体，它通过垂直堆叠来生成数组。

import numpy as np a = np.array([[1,2],[3,4]]) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') b = np.array([[5,6],[7,8]]) print ('第二个数组：') print (b) print ('\n') print ('竖直堆叠：') c = np.vstack((a,b)) print (c)

输出结果：
第一个数组：
[ [1 2]
[3 4] ]

第二个数组：
[ [5 6]
[7 8] ]

竖直堆叠：
[ [1 2]
[3 4]
[5 6]
[7 8] ]

5. 分割数组

函数	描述
split	将一个数组分割为多个子数组
hsplit	将一个数组水平分割为多个子数组（按列）
vsplit	将一个数组垂直分割为多个子数组（按行）

numpy.split
numpy.split 函数沿特定的轴将数组分割为子数组，格式如下：

numpy.split(ary, indices_or_sections, axis)

参数说明：

ary：被分割的数组
indices_or_sections：果是一个整数，就用该数平均切分，如果是一个数组，为沿轴切分的位置（左开右闭）
axis：沿着哪个维度进行切向，默认为0，横向切分。为1时，纵向切分

import numpy as np a = np.arange(9) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') print ('将数组分为三个大小相等的子数组：') b = np.split(a,3) print (b) print ('\n') print ('将数组在一维数组中表明的位置分割：') b = np.split(a,[4,7]) print (b)

输出结果：
第一个数组：
[0 1 2 3 4 5 6 7 8]

将数组分为三个大小相等的子数组：
[array([0, 1, 2]), array([3, 4, 5]), array([6, 7, 8])]

将数组在一维数组中表明的位置分割：
[array([0, 1, 2, 3]), array([4, 5, 6]), array([7, 8])]

numpy.hsplit
numpy.hsplit 函数用于水平分割数组，通过指定要返回的相同形状的数组数量来拆分原数组。

import numpy as np harr = np.floor(10 * np.random.random((2, 6))) print ('原array：') print(harr) print ('拆分后：') print(np.hsplit(harr, 3))

输出结果：
原array：
[[4. 7. 6. 3. 2. 6.]
[6. 3. 6. 7. 9. 7.]]
拆分后：
[array([[4., 7.],
[6., 3.]]), array([[6., 3.],
[6., 7.]]), array([[2., 6.],
[9., 7.]])]

numpy.vsplit
numpy.vsplit 沿着垂直轴分割，其分割方式与hsplit用法相同。

import numpy as np a = np.arange(16).reshape(4,4) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') print ('竖直分割：') b = np.vsplit(a,2) print (b)

输出结果：
第一个数组：
[[ 0 1 2 3]
[ 4 5 6 7]
[ 8 9 10 11]
[12 13 14 15]]

竖直分割：
[array([[0, 1, 2, 3],
[4, 5, 6, 7]]), array([[ 8, 9, 10, 11],
[12, 13, 14, 15]])]

6. 数组元素的添加与删除

函数	描述
resize	返回指定形状的新数组
append	将值添加到数组末尾
insert	沿指定轴将值插入到指定下标之前
delete	删掉某个轴的子数组，并返回删除后的新数组
unique	查找数组内的唯一元素

numpy.resize
numpy.resize 函数返回指定大小的新数组。
如果新数组大小大于原始大小，则包含原始数组中的元素的副本

numpy.resize(arr, shape)

参数说明：

arr：要修改大小的数组
shape：返回数组的新形状

import numpy as np a = np.array([[1,2,3],[4,5,6]]) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') print ('第一个数组的形状：') print (a.shape) print ('\n') b = np.resize(a, (3,2)) print ('第二个数组：') print (b) print ('\n') print ('第二个数组的形状：') print (b.shape) print ('\n') # 要注意 a 的第一行在 b 中重复出现，因为尺寸变大了 print ('修改第二个数组的大小：') b = np.resize(a,(3,3)) print (b)

输出结果：
第一个数组：
[[1 2 3]
[4 5 6]]

第一个数组的形状：
(2, 3)

第二个数组：
[[1 2]
[3 4]
[5 6]]

第二个数组的形状：
(3, 2)

修改第二个数组的大小：
[[1 2 3]
[4 5 6]
[1 2 3]]

numpy.append
numpy.append 函数在数组的末尾添加值。追加操作会分配整个数组，并把原来的数组复制到新数组中。此外，输入数组的维度必须匹配否则将生成ValueError。
append 函数返回的始终是一个一维数组。

numpy.append(arr, values, axis=None)

参数说明：

arr：输入数组
values：要向arr添加的值，需要和arr形状相同（除了要添加的轴）
axis：默认为 None。当axis无定义时，是横向加成，返回总是为一维数组！当axis有定义的时候，分别为0和1的时候。当axis有定义的时候，分别为0和1的时候（列数要相同）。当axis为1时，数组是加在右边（行数要相同）。

import numpy as np a = np.array([[1,2,3],[4,5,6]]) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') print ('向数组添加元素：') print (np.append(a, [7,8,9])) print ('\n') print ('沿轴 0 添加元素：') print (np.append(a, [[7,8,9]],axis = 0)) print ('\n') print ('沿轴 1 添加元素：') print (np.append(a, [[5,5,5],[7,8,9]],axis = 1))

输出结果：
第一个数组：
[[1 2 3]
[4 5 6]]

向数组添加元素：
[1 2 3 4 5 6 7 8 9]

沿轴 0 添加元素：
[[1 2 3]
[4 5 6]
[7 8 9]]

沿轴 1 添加元素：
[[1 2 3 5 5 5]
[4 5 6 7 8 9]]

numpy.insert
numpy.insert 函数在给定索引之前，沿给定轴在输入数组中插入值。
如果值的类型转换为要插入，则它与输入数组不同。插入没有原地的，函数会返回一个新数组。此外，如果未提供轴，则输入数组会被展开。

numpy.insert(arr, obj, values, axis)

参数说明：

arr：输入数组
obj：在其之前插入值的索引
values：要插入的值
axis：沿着它插入的轴，如果未提供，则输入数组会被展开

import numpy as np a = np.array([[1,2],[3,4],[5,6]]) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') print ('未传递 Axis 参数。在插入之前输入数组会被展开。') print (np.insert(a,3,[11,12])) print ('\n') print ('传递了 Axis 参数。会广播值数组来配输入数组。') print ('沿轴 0 广播：') print (np.insert(a,1,[11],axis = 0)) print ('\n') print ('沿轴 1 广播：') print (np.insert(a,1,11,axis = 1))

输出结果：
第一个数组：
[[1 2]
[3 4]
[5 6]]

未传递 Axis 参数。在插入之前输入数组会被展开。
[ 1 2 3 11 12 4 5 6]

传递了 Axis 参数。会广播值数组来配输入数组。
沿轴 0 广播：
[[ 1 2]
[11 11]
[ 3 4]
[ 5 6]]

沿轴 1 广播：
[[ 1 11 2]
[ 3 11 4]
[ 5 11 6]]

numpy.delete
numpy.delete 函数返回从输入数组中删除指定子数组的新数组。与 insert() 函数的情况一样，如果未提供轴参数，则输入数组将展开。

Numpy.delete(arr, obj, axis)

参数说明：

arr：输入数组
obj：可以被切片，整数或者整数数组，表明要从输入数组删除的子数组
axis：沿着它删除给定子数组的轴，如果未提供，则输入数组会被展开

import numpy as np a = np.arange(12).reshape(3,4) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') print ('未传递 Axis 参数。在插入之前输入数组会被展开。') print (np.delete(a,5)) print ('\n') print ('删除第二列：') print (np.delete(a,1,axis = 1)) print ('\n') print ('包含从数组中删除的替代值的切片：') a = np.array([1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]) print (np.delete(a, np.s_[::2]))

输出结果：
第一个数组：
[[ 0 1 2 3]
[ 4 5 6 7]
[ 8 9 10 11]]

未传递 Axis 参数。在插入之前输入数组会被展开。
[ 0 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11]

删除第二列：
[[ 0 2 3]
[ 4 6 7]
[ 8 10 11]]

包含从数组中删除的替代值的切片：
[ 2 4 6 8 10]

numpy.unique
numpy.unique 函数用于去除数组中的重复元素。

numpy.unique(arr, return_index, return_inverse, return_counts)

参数说明：

arr：输入数组，如果不是一维数组则会展开
return_index：如果为true，返回新列表元素在旧列表中的位置（下标），并以列表形式储
return_inverse：如果为true，返回旧列表元素在新列表中的位置（下标），并以列表形式储
return_counts：如果为true，返回去重数组中的元素在原数组中的出现次数

import numpy as np a = np.array([5,2,6,2,7,5,6,8,2,9]) print ('第一个数组：') print (a) print ('\n') print ('第一个数组的去重值：') u = np.unique(a) print (u) print ('\n') print ('去重数组的索引数组：') u,indices = np.unique(a, return_index = True) print (indices) print ('\n') print ('我们可以看到每个和原数组下标对应的数值：') print (a) print ('\n') print ('去重数组的下标：') u,indices = np.unique(a,return_inverse = True) print (u) print ('\n') print ('下标为：') print (indices) print ('\n') print ('使用下标重构原数组：') print (u[indices]) print ('\n') print ('返回去重元素的重复数量：') u,indices = np.unique(a,return_counts = True) print (u) print (indices)

输出结果：
第一个数组：
[5 2 6 2 7 5 6 8 2 9]

第一个数组的去重值：
[2 5 6 7 8 9]
去重数组的索引数组：
[1 0 2 4 7 9]

我们可以看到每个和原数组下标对应的数值：
[5 2 6 2 7 5 6 8 2 9]

去重数组的下标：
[2 5 6 7 8 9]

下标为：
[1 0 2 0 3 1 2 4 0 5]

使用下标重构原数组：
[5 2 6 2 7 5 6 8 2 9]

返回去重元素的重复数量：
[2 5 6 7 8 9]
[3 2 2 1 1 1]