【荐读】numpy ndarray 之内功心法,理解高维操作!

1多维数据的形象表示
numpy np

data_1d = np.array([])

data_2d = np.arange().reshape()

data_3d = np.arange().reshape()

图片

检查一个 ndarray 数据的维度和大小,分别用 ndim 和 shape 属性。

>>> (data_3d.ndim)
>>> (data_3d.shape)
()

shape 是一个很关键的属性,我是这样把它和各个轴对应的:

shape:  ()
         kmn
         zyx

心法1: x, y, z 对应的shape元组是从右往左数的。

这是我的个人习惯,也符合主流的用法。

2图像数据的小误会

打开一幅 640 x 480 的图像:

numpy np
matplotlib.pylab plt

image = plt.imread()
(image.shape)

不是 640 x 480 吗, 怎么倒过来了?我写代码的时候在这里总是犯迷糊。

在口头表达中,我们先说宽640,再说高480,而在计算机中是先高(y) 后宽(x),注意了!

每个像素有三个颜色分量(color),所以这个维度放在了最右边,可以理解,顺序就是 (y, x, c)


3抽象轴上的操作

对于4维及更高维度的数据,无法在3维空间图示。这个时候,就不要考虑形象思维了,直接按照规则做处理。

用 shape 属性返回的元组,从左到右,座标轴分别命名为 axis 0, axis 1, ...,请注意,现在是从左向右数,正好是这个元组的 index,在以后的运算中,都按此规定。

>>> (data.shape)
()

心法2: 抽象座标轴顺序从左向右。指定哪个轴,就只在哪个轴向操作,其他轴不受影响。

  1. 排序(sorting)

data = np.array(np.arange())
np.random.shuffle(data)
data = data.reshape()
(data)

(np.sort(data=))

(np.sort(data=))

如果你在心中能把抽象轴和 x, y, z 对应起来,则理解轴向排序很容易。

shape:  ()
axis:    AXIS:    yx

2. 求和、均值、方差、最大、最小、累加、累乘

这几个函数调用,一般会指定轴向,注意心法2

sum,mean,std,var,min,max 会导致这个轴被压扁,缩减为一个数值

data = np.arange().reshape()
(data)

( np.sum(data=) )

( np.sum(data=) )

cumsum,cumprod 不缩减轴向,只在指定轴向操作,请读者自己试验。

3. 索引和切片(indexing and slicing)

心法3: 在索引中出现冒号(:),则本轴继续存在,如果只是一个数值,则本轴消失。

例如,像 :, :1, 1: 这样的索引,保留此轴, data[:, :1, 2:] 中,三个轴都保留。 data[1, 4, 2] 三个轴都消失,只返回一个数值。

data[1:2, 0:1, 0:1] 中,三个轴都保留,但只有一个数据元素,很神奇吧。

data = np.arange().reshape()
( data )

( data[::] )

( data[] )

( data[:::] )

如何查看 ndarray 的维度呢?可以访问 shape 属性;如果打印出来了,那么就数一数起始的中括号个数,比如 [[[6]]], 有三个 [,那么就是三维数组。你记住了吗?

4. 拼接(concatenating)

同样遵循心法2,指定哪个轴,就在哪个轴向拼接:

data = np.arange().reshape()
( np.concatenate([datadata]=) )

( np.concatenate([datadata]=) )


4reshape 之迷乱

你有没有这个困惑:在 reshape 之后,数据在各个轴上是如何重新分配的?

搞清楚 ndarray 的数据在内存里的存放方式,以及各个维度的访问方式,reshape 困惑就迎刃而解了。

心法4: ndarray 的数据在内存里以一维线性存放,reshape 前后,数据没有变化,只是访问方式变了而已。

数据优先填充 X 轴向,其次 Y 轴,其次 Z 轴 。。。

图片图片

有 C 语言基础的,很容易理解 ndarray 的实现,就是 C 中的多维数组而已。

data[][][];
data[][];


5总结

就说这么多,看了本文请亲自动手写代码体验一下。掌握此心法,可以纵横 numpy 世界而无大碍。


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