这 10 种Numpy高级操作你都会吗？
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2022-06-09 00:14
来源: CSDN-逐梦er
一.数组上的迭代
NumPy 包含一个迭代器对象numpy.nditer。它是一个有效的多维迭代器对象，可以用于在数组上进行迭代。数组的每个元素可使用 Python 的标准Iterator接口来访问。
import numpy as npa = np.arange(0, 60, 5)a = a.reshape(3, 4)print(a)for x in np.nditer(a):print(x)
[[ 0 5 10 15][20 25 30 35][40 45 50 55]]0510152025303540455055
如果两个数组是可广播的，nditer组合对象能够同时迭代它们。假设数 组a具有维度 3X4，并且存在维度为 1X4 的另一个数组b，则使用以下类型的迭代器(数组b被广播到a的大小)。
import numpy as npa = np.arange(0, 60, 5)a = a.reshape(3, 4)print(a)b = np.array([1, 2, 3, 4], dtype=int)print(b)for x, y in np.nditer([a, b]):print(x, y)
0 5 10 15]25 30 35]45 50 55]]2 3 4]0 15 210 315 420 125 230 335 440 145 250 355 4
二.数组形状修改函数
1.ndarray.reshape
函数在不改变数据的条件下修改形状，参数如下：
ndarray.reshape(arr, newshape, order)
其中：
import numpy as npa = np.arange(8)print(a)b = a.reshape(4, 2)print(b)
2.ndarray.flat
函数返回数组上的一维迭代器，行为类似 Python 内建的迭代器。
import numpy as npa = np.arange(0, 16, 2).reshape(2, 4)print(a)# 返回展开数组中的下标的对应元素print(list(a.flat))
[[ 0 2 4 6][ 8 10 12 14]][0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14]
3.ndarray.flatten
函数返回折叠为一维的数组副本，函数接受下列参数：
ndarray.flatten(order)其中：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 npa = np.arange(8).reshape(2, 4)print(a)# default is column-majorprint(a.flatten())print(a.flatten(order='F'))
[[0 1 2 3][4 5 6 7]][0 1 2 3 4 5 6 7][0 4 1 5 2 6 3 7]
三.数组翻转操作函数
1.numpy.transpose
函数翻转给定数组的维度。如果可能的话它会返回一个视图。函数接受下列参数：
numpy.transpose(arr, axes)
其中：
• arr：要转置的数组• axes：整数的列表，对应维度，通常所有维度都会翻转。
import numpy as npa = np.arange(24).reshape(2, 3, 4)print(a)b = np.array(np.transpose(a))print(b)print(b.shape)
[][][]][][][]]][][][]][][][]][][][]][][][]]](4, 3, 2)
b = np.array(np.transpose(a, (1, 0, 2)))print(b)print(b.shape
[][]][][]][][]]](3, 2, 4)
2. numpy.ndarray.T
该函数属于ndarray类，行为类似于numpy.transpose.
import numpy as npa = np.arange(12).reshape(3, 4)print(a)print(a.T)
[[ 0 1 2 3][ 4 5 6 7][ 8 9 10 11]][[ 0 4 8][ 1 5 9][ 2 6 10][ 3 7 11]]
3.numpy.swapaxes
函数交换数组的两个轴。这个函数接受下列参数：
– numpy.swapaxes(arr, axis1, axis2)
– 参数：
• arr：要交换其轴的输入数组• axis1：对应第一个轴的整数• axis2：对应第二个轴的整数
import numpy as npa = np.arange(8).reshape(2, 2, 2)print(a)print(np.swapaxes(a, 2, 0))
[[[0 1][2 3]][[4 5][6 7]]][[[0 4][2 6]][[1 5][3 7]]]
4.numpy.rollaxis
s 函数向后滚动特定的轴，直到一个特定位置。这个函数
接受三个参数：
– numpy.rollaxis(arr, axis, start)
– 其中：
• arr：输入数组• 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 npa = np.arange(8).reshape(2,2,2)print(a)print(np.rollaxis(a,2))print(np.rollaxis(a,2,1))
[[[0 1][2 3]][[4 5][6 7]]][[[0 2][4 6]][[1 3][5 7]]][[[0 2][1 3]][[4 6][5 7]]]
四.数组修改维度函数
1.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。该函数接受以下参数：
– numpy.broadcast_to(array, shape, subok)
import numpy as npa = np.arange(4).reshape(1,4)print(a)print(np.broadcast_to(a,(4,4)))
[[0 1 2 3]][[0 1 2 3][0 1 2 3][0 1 2 3][0 1 2 3]]
2.numpy.expand_dims
函数通过在指定位置插入新的轴来扩展数组形状。该函数需要两个参数：
– numpy.expand_dims(arr, axis)
– 其中：
• arr：输入数组• axis：新轴插入的位置
import numpy as npx = np.array(([1, 2], [3, 4]))print(x)y = np.expand_dims(x, axis=0)print(y)print(x.shape, y.shape)y = np.expand_dims(x, axis=1)print(y)print(x.ndim, y.ndim)print(x.shape, y.shape)
[][]][][]]](2, 2) (1, 2, 2)[]][]]]2 3(2, 2) (2, 1, 2)
3.numpy.squeeze
函数从给定数组的形状中删除一维条目。此函数需要两 个参数。
– numpy.squeeze(arr, axis)
– 其中：
• arr：输入数组• axis：整数或整数元组，用于选择形状中单一维度条目的子集
import numpy as npx = np.arange(9).reshape(1, 3, 3)print(x)y = np.squeeze(x)print(y)print(x.shape, y.shape)
[][][]]][][][]](1, 3, 3) (3, 3)
五.数组的连接操作
NumPy中数组的连接函数主要有如下四个：
concatenate 沿着现存的轴连接数据序列stack 沿着新轴连接数组序列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)
1.numpy.stack
函数沿新轴连接数组序列，需要提供以下参数：
– numpy.stack(arrays, axis)
– 其中：
• 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 npa = np.array([[1,2],[3,4]])print(a)b = np.array([[5,6],[7,8]])print(b)print(np.stack((a,b),0))print(np.stack((a,b),1))
[[1 2][3 4]][[5 6][7 8]][[[1 2][3 4]][[5 6][7 8]]][[[1 2][5 6]][[3 4][7 8]]]
2.numpy.hstack
是numpy.stack函数的变体，通过堆叠来生成水平的单个数组。
import numpy as npa = np.array([[1, 2], [3, 4]])print(a)b = np.array([[5, 6], [7, 8]])print(b)print('水平堆叠：')c = np.hstack((a, b))print(c)
[][]][][]]水平堆叠：[][]]
3.numpy.vstack
是numpy.stack函数的变体，通过堆叠来生成竖直的单个数组。
import numpy as npa = np.array([[1, 2], [3, 4]])print(a)b = np.array([[5, 6], [7, 8]])print(b)print('竖直堆叠：')c = np.vstack((a, b))print(c)
[][]][][]]竖直堆叠：[][][][]]
4.numpy.concatenate
函数用于沿指定轴连接相同形状的两个或多个数组。
该函数接受以下参数。
– numpy.concatenate((a1, a2, …), axis)
– 其中：
• a1, a2, ...：相同类型的数组序列• axis：沿着它连接数组的轴，默认为 0
import numpy as npa = np.array([[1,2],[3,4]])print(a)b = np.array([[5,6],[7,8]])print(b)print(np.concatenate((a,b)))print(np.concatenate((a,b),axis = 1))
[[1 2][3 4]][[5 6][7 8]][[1 2][3 4][5 6][7 8]][[1 2 5 6][3 4 7 8]]
六.数组的分割操作
NumPy中数组的数组分割函数主要如下：
– 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 将一个数组竖直分割为多个子数组(按行)
1.numpy.split
该函数沿特定的轴将数组分割为子数组。函数接受三个参数：
– numpy.split(ary, indices_or_sections, axis)
• ary：被分割的输入数组• indices_or_sections：可以是整数，表明要从输入数组创建的，等大小的子数组的数量。如果此参数是一维数组，则其元素表明要创建新子数组的点。• axis：默认为 0
import numpy as npa = np.arange(9)print(a)print('将数组分为三个大小相等的子数组：')b = np.split(a,3)print(b)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)
2.numpy.hsplit
split()函数的特例，其中轴为 1 表示水平分割。
import numpy as npa = np.arange(16).reshape(4,4)print(a)print('水平分割：')b = np.hsplit(a,2)print(b)
[[ 0 1 2 3][ 4 5 6 7][ 8 9 10 11][12 13 14 15]]水平分割：[array([[ 0, 1],[ 4, 5],[ 8, 9],[12, 13]]), array([[ 2, 3],[ 6, 7],[10, 11],[14, 15]])]
3.numpy.vsplit
split()函数的特例，其中轴为 0 表示竖直分割，无论输入数组的维度是什么。
import numpy as npa = np.arange(16).reshape(4,4)print(a)print('竖直分割：')b = np.vsplit(a,2)print(b)
[[ 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]])]
七.数组元素操作
NumPy中数组操作函数主要如下：
– 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 返回删掉某个轴的子数组的新数组– unique 寻找数组内的唯一元素
1.numpy.resize
函数返回指定大小的新数组。如果新大小大于原始大小，则包含原始数组中的元素的重复副本。如果小于则去掉原始数组的部分数据。该函数接受以下参数：
– numpy.resize(arr, shape)
– 其中：
• arr：要修改大小的输入数组• shape：返回数组的新形状
import numpy as npa = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])print(a)print(a.shape)b = np.resize(a, (3,2))print(b)print(b.shape)print('修改第二个数组的大小：')b = np.resize(a,(3,3))print(b)print('修改第三个数组的大小：')b = np.resize(a,(2,2))print(b)
[][]](2, 3)[][][]](3, 2)修改第二个数组的大小：[][][]]修改第三个数组的大小：[][]]
2.numpy.append
函数在输入数组的末尾添加值。附加操作不是原地的，而是分配新的数组。此外，输入数组的维度必须匹配否则将生成ValueError。函数接受下列函数：
– numpy.append(arr, values, axis)
– 其中：
• arr：输入数组• values：要向arr添加的值，比如和arr形状相同(除了要添加的轴)• axis：沿着它完成操作的轴。如果没有提供，两个参数都会被展开。
import numpy as npa = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])print(a)print(np.append(a, [[7,8,9]],axis = 0))print(np.append(a, [[5,5,5],[7,8,9]],axis = 1))
[[1 2 3][4 5 6]][[1 2 3][4 5 6][7 8 9]][[1 2 3 5 5 5][4 5 6 7 8 9]]
3.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。
insert()函数接受以下参数：
– numpy.insert(arr, obj, values, axis)
• 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
import numpy as npa = np.array([[1,2],[3,4],[5,6]])print(a)print(np.insert(a,3,[11,12]))print(np.insert(a,1,[11],axis = 0))print(np.insert(a,1,[11],axis = 1))
[[1 2][3 4][5 6]][ 1 2 3 11 12 4 5 6][[ 1 2][11 11][ 3 4][ 5 6]][[ 1 11 2][ 3 11 4][ 5 11 6]]
4.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。该函 数接受以下参数：
– Numpy.delete(arr, obj, axis)
• 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
import numpy as npa = np.array([[1,2],[3,4],[5,6]])print(a)print(np.delete(a,5))print(np.delete(a,1,axis = 1))
[[1 2][3 4][5 6]][1 2 3 4 5][[1][3][5]]
5.numpy.unique
函数返回输入数组中的去重元素数组。该函数能够返回一个元组，包含去重数组和相关索引的数组。索引的性质取决于函数调用中返回参数的类型。
– numpy.unique(arr, return_index, return_inverse, return_counts)
• arr：输入数组，如果不是一维数组则会展开• return_index：如果为true，返回输入数组中的元素下标• return_inverse：如果为true，返回去重数组的下标，它可以用于重构输入数组• 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 npa = np.array([5,2,6,2,7,5,6,8,2,9])u = np.unique(a)print(u)u,indices = np.unique(a, return_index = True)print(u, indices)u,indices = np.unique(a,return_inverse = True)print(u, indices)u,indices = np.unique(a,return_counts = True)print(u, indices)
[2 5 6 7 8 9][2 5 6 7 8 9] [1 0 2 4 7 9][2 5 6 7 8 9] [1 0 2 0 3 1 2 4 0 5][2 5 6 7 8 9] [3 2 2 1 1 1]
八.NumPy - 字符串函数
以下函数用于对dtype为numpy.string_或numpy.unicode_的数组执行向量 化字符串操作。它们基于 Python 内置库中的标准字符串函数。字符数组类(numpy.char)中定义
import numpy as npprint(np.char.add(['hello'],[' xyz']))print(np.char.add(['hello', 'hi'],[' abc', ' xyz']))print(np.char.multiply('Hello ',3))print(np.char.center('hello', 20,fillchar = '*'))print(np.char.capitalize('hello world'))print(np.char.title('hello how are you?'))print(np.char.lower(['HELLO','WORLD']))print(np.char.lower('HELLO'))print(np.char.upper('hello'))print(np.char.upper(['hello','world']))print(np.char.split ('hello how are you?'))print(np.char.split ('YiibaiPoint,Hyderabad,Telangana', sep = ','))print(np.char.splitlines('hello\nhow are you?'))print(np.char.splitlines('hello\rhow are you?'))print(np.char.strip('ashok arora','a'))print(np.char.strip(['arora','admin','java'],'a'))print(np.char.join(':','dmy'))print(np.char.join([':','-'],['dmy','ymd']))print(np.char.replace ('He is a good boy', 'is', 'was'))a = np.char.encode('hello', 'cp500')print(a)print(np.char.decode(a,'cp500'))
['hello xyz']['hello abc' 'hi xyz']Hello Hello Hello*******hello********Hello worldHello How Are You?['hello' 'world']helloHELLO['HELLO' 'WORLD']['hello', 'how', 'are', 'you?']['YiibaiPoint', 'Hyderabad', 'Telangana']['hello', 'how are you?']['hello', 'how are you?']shok aror['ror' 'dmin' 'jav']d:m:y['d:m:y' 'y-m-d']He was a good boyb'\x88\x85\x93\x93\x96'hello
九.NumPy - 算数函数
NumPy 包含大量的各种数学运算功能。NumPy 提供标准的三角函数，算术运算的函数，复数处理函数等。
– 三角函数– 舍入函数– 算数函数
1. NumPy -三角函数
NumPy 拥有标准的三角函数，它为弧度制单位的给定角度返回三角函
数比值。arcsin，arccos，和arctan函数返回给定角度的sin，cos和tan的反
三角函数。这些函数的结果可以通过numpy.degrees()函数通过将弧度制 转换为角度制来验证。
import numpy as npa = np.array([0,30,45,60,90])# 通过乘 pi/180 转化为弧度print(np.sin(a*np.pi/180))print(np.cos(a*np.pi/180))print(np.tan(a*np.pi/180))
[ 0. 0.5 0.70710678 0.8660254 1. ][ 1.00000000e+00 8.66025404e-01 7.07106781e-01 5.00000000e-016.12323400e-17][ 0.00000000e+00 5.77350269e-01 1.00000000e+00 1.73205081e+001.63312394e+16]
2.NumPy -舍入函数
• numpy.around()这个函数返回四舍五入到所需精度的值
– numpy.around(a,decimals) – a 输入数组– decimals 要舍入的小数位数。 默认值为0。 如果为负，整数将四舍五入到小数点左侧的位置
• numpy.floor() 函数返回不大于输入参数的最大整数。
• numpy.ceil() 函数返回输入值的上限，大于输入参数的最小整数。
import numpy as npa = np.array([1.0, 5.55, 123, 0.567, 25.532])print(np.around(a))print(np.around(a, decimals=1))print(np.floor(a))print(np.ceil(a))
[ 1. 6. 123. 1. 26.][ 1. 5.6 123. 0.6 25.5][ 1. 5. 123. 0. 25.][ 1. 6. 123. 1. 26.]
3.NumPy - 算数运算
用于执行算术运算(如add()，subtract()，multiply()和divide())的输入数组必须具有相同的形状或符合数组广播规则。
– numpy.reciprocal() 函数返回参数逐元素的倒数。– numpy.power() 函数将第一个输入数组中的元素作为底数，计算它与第二个输入数组中相应元素的幂。– numpy.mod() 函数返回输入数组中相应元素的除法余数。
import numpy as npa = np.array([0.25, 2, 1, 0.2, 100])print(np.reciprocal(a))print(np.power(a,2))a = np.array([10,20,30])b = np.array([3,5,7])print(np.mod(a,b))
[ 4. 0.5 1. 5. 0.01][ 6.25000000e-02 4.00000000e+00 1.00000000e+00 4.00000000e-021.00000000e+04][1 0 2]
4.NumPy - 统计函数
NumPy 有很多有用的统计函数，用于从数组中给定的元素中查找最小，最大，百分标准差和方差等。
– numpy.amin() , numpy.amax() 从给定数组中的元素沿指定轴返回最小值和最大值。– numpy.ptp() 函数返回沿轴的值的范围(最大值 - 最小值)。– numpy.percentile() 表示小于这个值得观察值占某个百分比• numpy.percentile(a, q, axis)• a 输入数组;q 要计算的百分位数，在 0 ~ 100 之间;axis 沿着它计算百分位数的轴– numpy.median() 返回数据样本的中位数。– numpy.mean() 沿轴返回数组中元素的算术平均值。– numpy.average() 返回由每个分量乘以反映其重要性的因子得到的加权平均值
import numpy as npa = np.array([[3,7,5],[8,4,3],[2,4,9]])print(np.amin(a,1))print(np.amax(a,1))print(np.ptp(a))print(np.percentile(a,50))print(np.median(a))print(np.mean(a))print(np.average(a))print(np.std([1,2,3,4])) #返回数组标准差print(np.var([1,2,3,4])) #返回数组方差
[3 3 2][7 8 9]74.04.05.05.01.118033988751.25
十.NumPy排序、搜索和计数函数
NumPy中提供了各种排序相关功能。
– numpy.sort函数返回输入数组的排序副本。numpy.sort(a, axis, kind, order)• a 要排序的数组;• axis 沿着它排序数组的轴，如果没有数组会被展开，沿着最后的轴排序; • kind 默认为'quicksort'(快速排序);• order 如果数组包含字段，则是要排序的字段– numpy.argsort() 函数对输入数组沿给定轴执行间接排序，并使用指定排序类型返回数据的索引数组。这个索引数组用于构造排序后的数组。– numpy.lexsort()函数使用键序列执行间接排序。键可以看作是电子表格中的一列。该函数返回一个索引数组，使用它可以获得排序数据。注意，最后一个键恰好是 sort 的主键。– numpy.argmax() 和 numpy.argmin()这两个函数分别沿给定轴返回最大和最小元素的索引。– numpy.nonzero() 函数返回输入数组中非零元素的索引。– numpy.where() 函数返回输入数组中满足给定条件的元素的索引。– numpy.extract() 函数返回满足任何条件的元素。
import numpy as npa = np.array([[3, 7, 3, 1], [9, 7, 8, 7]])print(np.sort(a))print(np.argsort(a))print(np.argmax(a))print(np.argmin(a))print(np.nonzero(a))print(np.where(a > 3))nm = ('raju', 'anil', 'ravi', 'amar')dv = ('f.y.', 's.y.', 's.y.', 'f.y.')print(np.lexsort((dv, nm)))
[][]][][]]43(array([0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1], dtype=int64), array([0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3], dtype=int64))(array([0, 1, 1, 1, 1], dtype=int64), array([1, 0, 1, 2, 3], dtype=int64))[]
十一.NumPy IO文件操作
ndarray对象可以保存到磁盘文件并从磁盘文件加载。可用的 IO 功能有：
– numpy.save() 文件将输入数组存储在具有npy扩展名的磁盘文件中。– numpy.load() 从npy文件中重建数组。– numpy.savetxt()和numpy.loadtxt() 函数以简单文本文件格式存储和获取数组数据。
import numpy as npa = np.array([1,2,3,4,5])np.save('outfile',a)b = np.load('outfile.npy')print(b)a = np.array([1,2,3,4,5])np.savetxt('out.txt',a)b = np.loadtxt('out.txt')print(b)
[1 2 3 4 5][ 1. 2. 3. 4. 5.]
END
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