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詳解Numpy中的數(shù)組拼接、合并操作(concatenate, append, stack, hstack, vstack, r_, c_等)

 更新時(shí)間:2019年05月27日 10:15:48   作者:guofei_fly  
這篇文章主要介紹了詳解Numpy中的數(shù)組拼接、合并操作(concatenate, append, stack, hstack, vstack, r_, c_等),具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

Numpy中提供了concatenate,append, stack類(包括hsatck、vstack、dstack、row_stack、column_stack),r_和c_等類和函數(shù)用于數(shù)組拼接的操作。

各種函數(shù)的特點(diǎn)和區(qū)別如下標(biāo):

concatenate 提供了axis參數(shù),用于指定拼接方向
append 默認(rèn)先ravel再拼接成一維數(shù)組,也可指定axis
stack 提供了axis參數(shù),用于生成新的維度
hstack 水平拼接,沿著行的方向,對(duì)列進(jìn)行拼接
vstack 垂直拼接,沿著列的方向,對(duì)行進(jìn)行拼接
dstack 沿著第三個(gè)軸(深度方向)進(jìn)行拼接
column_stack 水平拼接,沿著行的方向,對(duì)列進(jìn)行拼接
row_stack 垂直拼接,沿著列的方向,對(duì)行進(jìn)行拼接
r_ 垂直拼接,沿著列的方向,對(duì)行進(jìn)行拼接
c_ 水平拼接,沿著行的方向,對(duì)列進(jìn)行拼接

0. 維度和軸

在正確理解Numpy中的數(shù)組拼接、合并操作之前,有必要認(rèn)識(shí)下維度和軸的概念:

ndarray(多維數(shù)組)是Numpy處理的數(shù)據(jù)類型。多維數(shù)組的維度即為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)所在的空間維度,1維可以理解為直線空間,2維可以理解為平面空間,3維可以理解為立方體空間。

軸是用來對(duì)多維數(shù)組所在空間進(jìn)行定義、描述的一組正交化的直線,根據(jù)數(shù)學(xué)慣例可以用i,j,ki, j ,ki,j,k來表示。

在一維空間中,用一個(gè)軸就可以表示清楚,numpy中規(guī)定為axis 0,空間內(nèi)的數(shù)可以理解為直線空間上的離散點(diǎn) (x iii, )。

在二維空間中,需要用兩個(gè)軸表示,numpy中規(guī)定為axis 0和axis 1,空間內(nèi)的數(shù)可以理解為平面空間上的離散點(diǎn)(x iii,y jjj)。

在三維空間中,需要用三個(gè)軸才能表示清楚,在二維空間的基礎(chǔ)上numpy中又增加了axis 2,空間內(nèi)的數(shù)可以理解為立方體空間上的離散點(diǎn)(x iii,y jjj,z kkk)。

Python中可以用numpy中的ndim和shape來分別查看維度,以及在對(duì)應(yīng)維度上的長度。直觀上可以根據(jù)符號(hào)“[ ]”的層數(shù)來判斷,有m層即為m維,最外面1層對(duì)應(yīng)axis0, 依次為axis1,axis2…

>>> a = np.array([1,2,3])
>>> a.ndim   # 一維數(shù)組
1
>>> a.shape   # 在這個(gè)維度上的長度為3
(3,)

>>> b = np.array([[1,2,3], [4,5,6]])
>>> b.ndim   # 二維數(shù)組
2
>>> b.shape   # 在axis 0 上的長度為2, 在axis 1上的長度為3.或者可以感性的理解為2行3列
(2, 3)

>>> c = np.array([[[1,2,3], [4,5,6]]])
>>> c.ndim   # 三維數(shù)組
3
>>> c.shape   # 在axis 0 上的長度為1,在axis 1上的長度為2, 在axis 2上的長度為3. 或者可以感性的理解為1層2行3列
(1, 2, 3)

1. np.concatenate()

concatenate(a_tuple, axis=0, out=None)
"""
參數(shù)說明:
a_tuple:對(duì)需要合并的數(shù)組用元組的形式給出
axis: 沿指定的軸進(jìn)行拼接,默認(rèn)0,即第一個(gè)軸
"""

示例

>>> import numpy as np
>>> ar1 = np.array([[1,2,3], [4,5,6]])
>>> ar2 = np.array([[7,8,9], [11,12,13]])
>>> ar1
array([[1, 2, 3],
    [4, 5, 6]])
>>> ar2
array([[ 7, 8, 9],
    [11, 12, 13]])

>>> np.concatenate((ar1, ar2))  # 這里的第一軸(axis 0)是行方向
array([[ 1, 2, 3],
    [ 4, 5, 6],
    [ 7, 8, 9],
    [11, 12, 13]])

>>> np.concatenate((ar1, ar2),axis=1)  # 這里沿第二個(gè)軸,即列方向進(jìn)行拼接
array([[ 1, 2, 3, 7, 8, 9],
    [ 4, 5, 6, 11, 12, 13]])

>>> ar3 = np.array([[14,15,16]]) # shape為(1,3)的2維數(shù)組
>>> np.concatenate((ar1, ar3))  # 一般進(jìn)行concatenate操作的array的shape需要一致,當(dāng)然如果array在拼接axis方向的size不一樣,也可以完成
>>> np.concatenate((ar1, ar3)) # ar3雖然在axis0方向的長度不一致,但axis1方向上一致,所以沿axis0可以拼接
array([[ 1, 2, 3],
    [ 4, 5, 6],
    [14, 15, 16]])
>>> np.concatenate((ar1, ar3), axis=1)  # ar3和ar1在axis0方向的長度不一致,所以報(bào)錯(cuò)

2. pd.append()

append(arr, values, axis=None)
"""
參數(shù)說明:
arr:array_like的數(shù)據(jù)
values: array_like的數(shù)據(jù),若axis為None,則先將arr和values進(jìn)行ravel扁平化,再拼接;否則values應(yīng)當(dāng)與arr的shape一致,或至多
    在拼接axis的方向不一致
axis:進(jìn)行append操作的axis的方向,默認(rèn)無
"""

示例

>>> np.append(ar1, ar2)  # 先ravel扁平化再拼接,所以返回值為一個(gè)1維數(shù)組
array([ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13])

>>> np.append(ar1, ar2, axis=0)   # 沿第一個(gè)軸拼接,這里為行的方向 
array([[ 1, 2, 3],
    [ 4, 5, 6],
    [ 7, 8, 9],
    [11, 12, 13]])

>>> np.append(ar1, ar2, axis=1)   # 沿第二個(gè)軸拼接,這里為列的方向 
array([[ 1, 2, 3, 7, 8, 9],
    [ 4, 5, 6, 11, 12, 13]])

3. np.stack()

stack(arrays, axis=0, out=None)
"""
沿著指定的axis對(duì)arrays(每個(gè)array的shape必須一樣)進(jìn)行拼接,返回值的維度比原arrays的維度高1
axis:默認(rèn)為0,即第一個(gè)軸,若為-1即為第二個(gè)軸
"""

示例

>>> np.stack((ar1, ar2))   # 增加第一個(gè)維度(axis0,之后的axis向后順延:0—>1, 1—>2)
array([[[ 1, 2, 3],
    [ 4, 5, 6]],
    [[ 7, 8, 9],
    [11, 12, 13]]])

>>> np.stack((ar1, ar2), axis=1)   # 增加第二個(gè)維度(axis1,之后的axis向后順延, 1—>2)
array([[[ 1, 2, 3],
    [ 7, 8, 9]],
    [[ 4, 5, 6],
    [11, 12, 13]]])

>>> np.stack((ar1, ar2), axis=2)   # 增加第三個(gè)維度(axis2,和axis=-1的效果一樣,原來的axis0和axis1保持不變)
array([[[ 1, 7],
    [ 2, 8],
    [ 3, 9]],
    [[ 4, 11],
    [ 5, 12],
    [ 6, 13]]])

關(guān)于維度增加的一種理解方式

4. hstack、vstack和vstack

>>> np.hstack((ar1,ar2))  # 水平拼接,沿著行的方向,對(duì)列進(jìn)行拼接
array([[ 1, 2, 3, 7, 8, 9],
    [ 4, 5, 6, 11, 12, 13]])

>>> np.vstack((ar1,ar2))  # 垂直拼接,沿著列的方向,對(duì)行進(jìn)行拼接
array([[ 1, 2, 3],
    [ 4, 5, 6],
    [ 7, 8, 9],
    [11, 12, 13]])
    
>>> np.dstack((ar1,ar2))  # 對(duì)于2維數(shù)組來說,沿著第三軸(深度方向)進(jìn)行拼接, 效果相當(dāng)于stack(axis=-1)
array([[[ 1, 7],
    [ 2, 8],
    [ 3, 9]],
    [[ 4, 11],
    [ 5, 12],
    [ 6, 13]]])

5. column_stack和row_stack

>>> np.column_stack((ar1,ar2))  # 水平拼接,沿著行的方向,對(duì)列進(jìn)行拼接
array([[ 1, 2, 3, 7, 8, 9],
   [ 4, 5, 6, 11, 12, 13]])

>>> np.row_stack((ar1,ar2))  # 垂直拼接,沿著列的方向,對(duì)行進(jìn)行拼接
array([[ 1, 2, 3],
   [ 4, 5, 6],
   [ 7, 8, 9],
   [11, 12, 13]])

6. np.r_ 和np.c_

常用于快速生成ndarray數(shù)據(jù)

>>> np.r_[ar1,ar2]   # 垂直拼接,沿著列的方向,對(duì)行進(jìn)行拼接
array([[ 1, 2, 3],
    [ 4, 5, 6],
    [ 7, 8, 9],
    [11, 12, 13]])
 
>>> np.c_[ar1,ar2]  # 水平拼接,沿著行的方向,對(duì)列進(jìn)行拼接
array([[ 1, 2, 3, 7, 8, 9],
    [ 4, 5, 6, 11, 12, 13]])

7. 總結(jié)

對(duì)于兩個(gè)shape一樣的二維array來說:

增加行(對(duì)行進(jìn)行拼接)的方法有:

np.concatenate((ar1, ar2),axis=0)
np.append(ar1, ar2, axis=0)
np.vstack((ar1,ar2))
np.row_stack((ar1,ar2))
np.r_[ar1,ar2]

增加列(對(duì)列進(jìn)行拼接)的方法有:

np.concatenate((ar1, ar2),axis=1)
np.append(ar1, ar2, axis=1)
np.hstack((ar1,ar2))
np.column_stack((ar1,ar2))
np.c_[ar1,ar2]

相關(guān)代碼可見:https://github.com/guofei1989/python_func_cases/tree/master/numpy_demos

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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