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ndarray 的赋值、视图、拷贝和广播

作者:向阳逐梦
  • 2022-10-30
    四川
  • 本文字数:1400 字

    阅读完需:约 5 分钟

1. 赋值

import numpy as np
my_arr1 = np.arange(6)my_arr2 = my_arr1
print(my_arr2 is my_arr1)
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在上面的代码中,将 my_arr1 赋值给 my_arr2,这时不会创建新的数组对象,只是多了一个引用,my_arr1my_arr2 是同一个数组的两个名字。当我们改变 my_arr2 的形状时,my_arr1 的形状也会跟着改变,例如:

import numpy as np
my_arr1 = np.arange(6)my_arr2 = my_arr1
my_arr2.shape = (2, 3)
print(my_arr2)print(my_arr1)
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上面的代码中,my_arr2 的形状改变后,my_arr1 的形状也发生了相应的改变。

2. 视图

视图方法可以实现不同的数组对象共享同样的数据。例如:

import numpy as np
my_arr1 = np.arange(6)my_arr2 = my_arr1.view()
print(my_arr2 is my_arr1)print(my_arr2.base is my_arr1)print(my_arr2.flags.owndata)
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从上述代码的输出可以看出,my_arr1my_arr2 是两个不同的对象,my_arr2my_arr1 的视图,my_arr2 没有自己的数据。当 my_arr2 的形状发生改变时,my_arr1 的形状并不会发生改变。但是,当 my_arr2 的数据发生改变时,my_arr1 会发生同样的改变。例如:

import numpy as np
my_arr1 = np.arange(6)my_arr2 = my_arr1.view()
my_arr2.shape = (2, 3)
print(my_arr1.shape)print(my_arr2.shape)
my_arr2[0, 1] = 10print(my_arr1)
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综上所述,我们可以得出视图相对于原来的数组来说,除了数据是共享的,其他都是独立的。另外,前面介绍的切片操作,得到的也是一个数组的视图。例如:

import numpy as np
my_arr1 = np.arange(6)my_slice = my_arr1[2:4]my_slice[:] = 10
print(my_arr1)
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从上面的代码可以得出,当改变切片的数据时,原数组的数据也跟着进行了相应的改变。

3. 拷贝

从上述内容可以看出,不管是赋值还是视图,对其中一个数组的改变都会影响另外一个。那么有没有一种方法使得两者互不干扰,答案是有的,那便是拷贝。copy() 方法会生成数组的一个完整的拷贝,包括其数据。例如:

import numpy as np
my_arr1 = np.arange(6)my_arr2 = my_arr1.copy()
print(my_arr2 is my_arr1)print(my_arr2.base is my_arr1)
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从上述代码的输出可以看出,my_arr1my_arr2 是两个独立的数组。对其中一个数组中元素的改变不会影响另外一个数组:

import numpy as np
my_arr1 = np.arange(6)my_arr2 = my_arr1.copy()
my_arr2[2] = 10
print(my_arr1)print(my_arr2)
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4. 广播

广播(broadcasting)指的是不同形状的数组之间的算术运算的执行方式。它是一种非常强大的功能,但也容易令人误解,将标量值跟数组合并时就会发生最简单的广播,例如:

import numpy as np
my_arr1 = np.arange(6)my_arr2 = my_arr1 * 6
print(my_arr2)
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这里我们说,在这个乘法运算中,标量值 6 被广播到了其他所有的元素上。下面继续来看一个例子,我们可以通过减去列平均值的方式对数组的每一列进行距平化处理。这个问题解决起来非常简单,代码如下:

import numpy as np
my_arr1 = np.random.randn(4, 3)demeaned = my_arr1 - my_arr1.mean(0)
print(demeaned)
print(demeaned.mean(0))
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在上面的例子中,my_arr1.mean(0) 是一个 1 行 3 列的数组,当我们用一个 4 行 3 列的数组减去一个 1 行 3 列的数组时,便会对 1 行 3 列的数组进行广播。广播过程的图形化如下图所示:

通过 arange 函数创建一个 4*3 的 ndarray,并从此 4*3 的 ndarray 减去一个 1*3 的 ndarray,从中体会广播的操作。

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向阳逐梦

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人生享受编程,编程造就人生! 2022-06-01 加入

某公司芯片测试工程师,嵌入式开发工程师,InfoQ签约作者,阿里云星级博主,华为云·云享专家。座右铭:向着太阳,追逐梦想!

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