Python-Numpy多維陣列--廣播
一、Numpy - 廣播
術語廣播是指 NumPy 在算術運算期間處理不同形狀的陣列的能力。 對陣列的算術運算通常在相應的元素上進行。 如果兩個陣列具有完全相同的形狀,則這些操作被無縫執行。
DEMO 1
import numpy as np
a = np.array([1,2,3,4])
b = np.array([10,20,30,40])
c = a * b
print c
輸出如下:[10 40 90 160]
如果兩個陣列的維數不相同,則元素到元素的操作是不可能的。 然而,在 NumPy 中仍然可以對形狀不相似的陣列進行操作,因為它擁有廣播功能。 較小的陣列會廣播到較大陣列的大小,以便使它們的形狀可相容。
如果滿足以下規則,可以進行廣播:
-
ndim
較小的陣列會在前面追加一個長度為 1 的維度。 -
輸出陣列的每個維度的大小是輸入陣列該維度大小的最大值。
-
如果輸入在每個維度中的大小與輸出大小匹配,或其值正好為 1,則在計算中可它。
-
如果輸入的某個維度大小為 1,則該維度中的第一個資料元素將用於該維度的所有計算。
如果上述規則產生有效結果,並且滿足以下條件之一,那麼陣列被稱為可廣播的。
-
陣列擁有相同形狀。
-
陣列擁有相同的維數,每個維度擁有相同長度,或者長度為 1。
-
陣列擁有極少的維度,可以在其前面追加長度為 1 的維度,使上述條件成立。
DEMO 2
import numpy as np a = np.array([[0.0,0.0,0.0],[10.0,10.0,10.0],[20.0,20.0,20.0],[30.0,30.0,30.0]]) b = np.array([1.0,2.0,3.0]) print '第一個陣列:' print a print '\n' print '第二個陣列:' print b print '\n' print '第一個陣列加第二個陣列:' print a + b 輸出如下: 第一個陣列: [[ 0. 0. 0.] [ 10. 10. 10.] [ 20. 20. 20.] [ 30. 30. 30.]] 第二個陣列:[ 1. 2. 3.] 第一個陣列加第二個陣列: [[ 1. 2. 3.] [ 11. 12. 13.] [ 21. 22. 23.] [ 31. 32. 33.]]
二、Numpy - 陣列上的迭代
Numpy 包包含一個迭代器物件numpy.nditer
。 它是一個有效的多維迭代器物件,可以用於在陣列上進行迭代。 陣列的每個元素可使用 Python 的標準Iterator
介面來訪問。
讓我們使用arange()
函式建立一個 3X4 陣列,並使用nditer
對它進行迭代。
DEMO 1
import numpy as np
a = np.arange(0,60,5)
a = a.reshape(3,4)
print '原始陣列是:'
print a print '\n'
print '修改後的陣列是:'
for x in np.nditer(a):
print x,
輸出如下:
原始陣列是:
[[ 0 5 10 15]
[20 25 30 35]
[40 45 50 55]]
修改後的陣列是:0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
DEMO 2
迭代的順序匹配陣列的內容佈局,而不考慮特定的排序。 這可以通過迭代上述陣列的轉置來看到。
import numpy as np
a = np.arange(0,60,5)
a = a.reshape(3,4)
print '原始陣列是:'
print a
print '\n'
print '原始陣列的轉置是:'
b = a.T
print b
print '\n'
print '修改後的陣列是:'
for x in np.nditer(b):
print x,
輸出如下:
原始陣列是:
[[ 0 5 10 15]
[20 25 30 35]
[40 45 50 55]]
原始陣列的轉置是:
[[ 0 20 40]
[ 5 25 45]
[10 30 50]
[15 35 55]]
修改後的陣列是:0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
三、迭代順序
如果相同元素使用 F 風格順序儲存,則迭代器選擇以更有效的方式對陣列進行迭代。
DEMO 1
import numpy as np
a = np.arange(0,60,5)
a = a.reshape(3,4)
print '原始陣列是:'
print a print '\n'
print '原始陣列的轉置是:'
b = a.T
print b
print '\n'
print '以 C 風格順序排序:'
c = b.copy(order='C')
print c for x in np.nditer(c):
print x,
print '\n'
print '以 F 風格順序排序:'
c = b.copy(order='F')
print c
for x in np.nditer(c):
print x,
輸出如下:
原始陣列是:
[[ 0 5 10 15]
[20 25 30 35]
[40 45 50 55]]
原始陣列的轉置是:
[[ 0 20 40]
[ 5 25 45]
[10 30 50]
[15 35 55]]
以 C 風格順序排序:
[[ 0 20 40]
[ 5 25 45]
[10 30 50]
[15 35 55]]
0 20 40 5 25 45 10 30 50 15 35 55
以 F 風格順序排序:
[[ 0 20 40]
[ 5 25 45]
[10 30 50]
[15 35 55]]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
DEMO 2
可以通過顯式提醒,來強制nditer
物件使用某種順序:
import numpy as np
a = np.arange(0,60,5)
a = a.reshape(3,4)
print '原始陣列是:'
print a
print '\n'
print '以 C 風格順序排序:'
for x in np.nditer(a, order = 'C'):
print x,
print '\n'
print '以 F 風格順序排序:'
for x in np.nditer(a, order = 'F'):
print x,
輸出如下:
原始陣列是:
[[ 0 5 10 15]
[20 25 30 35]
[40 45 50 55]]
以 C 風格順序排序:0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
以 F 風格順序排序:0 20 40 5 25 45 10 30 50 15 35 55
四、修改陣列的值
nditer
物件有另一個可選引數op_flags
。 其預設值為只讀,但可以設定為讀寫或只寫模式。 這將允許使用此迭代器修改陣列元素。
DEMO
import numpy as np
a = np.arange(0,60,5)
a = a.reshape(3,4)
print '原始陣列是:'
print a
print '\n'
for x in np.nditer(a, op_flags=['readwrite']):
x[...]=2*x
print '修改後的陣列是:'
print a
輸出如下:
原始陣列是:
[[ 0 5 10 15]
[20 25 30 35]
[40 45 50 55]]
修改後的陣列是:
[[ 0 10 20 30]
[ 40 50 60 70]
[ 80 90 100 110]]
五、外部迴圈
nditer
類的構造器擁有flags
引數,它可以接受下列值:
序號 | 引數及描述 |
---|---|
1. | c_index 可以跟蹤 C 順序的索引 |
2. | f_index 可以跟蹤 Fortran 順序的索引 |
3. | multi-index 每次迭代可以跟蹤一種索引型別 |
4. | external_loop 給出的值是具有多個值的一維陣列,而不是零維陣列 |
DEMO
在下面的示例中,迭代器遍歷對應於每列的一維陣列。
import numpy as np
a = np.arange(0,60,5)
a = a.reshape(3,4)
print '原始陣列是:'
print a
print '修改後的陣列是:'
for x in np.nditer(a, flags = ['external_loop'], order = 'F'):
print x,
輸出如下:原始陣列是:
[[ 0 5 10 15]
[20 25 30 35]
[40 45 50 55]]
修改後的陣列是:[ 0 20 40] [ 5 25 45] [10 30 50] [15 35 55]
六、廣播迭代
如果兩個陣列是可廣播的,nditer
組合物件能夠同時迭代它們。 假設陣列a
具有維度 3X4,並且存在維度為 1X4 的另一個數組b
,則使用以下型別的迭代器(陣列b
被廣播到a
的大小)。
DEMO
import numpy as np
a = np.arange(0,60,5)
a = a.reshape(3,4)
print '第一個陣列:'
print a
print '\n'
print '第二個陣列:'
b = np.array([1, 2, 3, 4], dtype = int)
print b
print '修改後的陣列是:'
for x,y in np.nditer([a,b]):
print "%d:%d" % (x,y),
輸出如下:
第一個陣列:
[[ 0 5 10 15]
[20 25 30 35]
[40 45 50 55]]
第二個陣列:[1 2 3 4]
修改後的陣列是:0:1 5:2 10:3 15:4 20:1 25:2 30:3 35:4 40:1 45:2 50:3 55:4