Переформатирование, изменение формы — Python: Numpy-массивы
Часто разработчикам приходится изменять размеры массивов. Например, переформатировать исходные данные, чтобы разделить их на подмассивы. В некоторых случаях требуется еще и объединять многомерные данные в единый массив значений. Чтобы решать такие задачи, массивы numpy.ndarray предоставляют набор методов, самым популярным из которых является метод reshape() .
В этом уроке разберем, как работать с размерами массивов numpy.ndarray и как получать их производные. Еще поговорим об ограничениях размерности и узнаем, как они помогают оптимизировать работу.
Как изменить размер массива
Представим, что нам нужно увеличить размер массива numpy.ndarray . Для этого будем идти по следующим шагам:
- Узнаем размер массива и индексы вдоль оси
- Изменим размер массива
Рассмотрим каждый этап подробнее.
Как узнать размер массива и индексы вдоль оси
Чтобы изменить размер numpy.ndarray , нужно узнать его значение. Для этого используют атрибут shape :
import numpy as np one_dimension_array = np.array( [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11] ) print(one_dimension_array.shape) # => (12,) two_dimensions_array = np.array( [ [0,1,2], [3,4,5], [6,7,8], [9,10,11] ] ) print(two_dimensions_array.shape) # => (4, 3) three_dimensions_array = np.array( [ [ [0,1], [2,3], ], [ [4,5], [6,7], ], [ [8,9], [10,11] ] ] ) print(three_dimensions_array.shape) # => (3, 2, 2) В примере выше атрибут shape возвращает кортеж целых чисел. Длина кортежа указывает на размерность массива:
- (12,) — одномерный массив
- (4, 3) — двумерный массив
- (3, 2, 2) — трехмерный массив
Числа в кортеже означают количество элементов по конкретной оси индексов:
- (12,) — 12 значений
- (4, 3) — четыре блока значений по три значения в каждом
- (3, 2, 2) — три блока значений, каждый из которых состоит из двух блоков по два значения
Название ось индексов отсылает к декартовой системе координат. Вспомним ее основные правила:
- Чтобы построить отрезок или другой одномерный объект, достаточно одной координатной оси
- Чтобы построить квадрат или другой двумерный объект, необходима координатная плоскость из двух перпендикулярных осей
- Чтобы построить куб или другой трехмерный объект, нужно три ортогональные оси координат
Теперь, когда мы знаем размер исходного массива, можно изменять его форму. Для этого используем метод reshape() .
Как изменить размер массива с помощью метода reshape()
В Python используется метод reshape() , с помощью которого можно получить двухмерный и трехмерный массив из одномерного. Этот обязательный параметр ожидает новый размер данных, к которому нужно переформатировать исходный массив.
Попробуем получить двумерный массив two_dimensions_array из одномерного массива one_dimension_array . Для этого используем метод reshape() с новым размером данных (4, 3) :
print(one_dimension_array.reshape((4, 3))) # => [[ 0 1 2] # [ 3 4 5] # [ 6 7 8] # [ 9 10 11]] Чтобы получить трехмерный массив three_dimensions_array , достаточно также указать нужный размер:
print(one_dimension_array.reshape((3, 2, 2))) # => [[[ 0 1] # [ 2 3]] # [[ 4 5] # [ 6 7]] # [[ 8 9] # [10 11]]] Изменять форму массива можно не только от данных меньшей размерности к данным большей размерности. Это можно делать и в обратную сторону.
Попробуем получить исходный одномерный массив one_dimension_array из двумерного массива two_dimensions_array :
print(two_dimensions_array.reshape((12,))) # => [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11] А тут переформатируем three_dimensions_array в two_dimensions_array :
print(three_dimensions_array.reshape((4,3))) # => [[ 0 1 2] # [ 3 4 5] # [ 6 7 8] # [ 9 10 11]] Необязательно уменьшать размер последовательно. Например, можно из трехмерного массива получить сразу одномерный:
print(three_dimensions_array.reshape((12,))) # => [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11] С помощью атрибута shape можно узнать размерность массива numpy.ndarray . А метод reshape поможет ее уменьшить или увеличить. Однако у этого массива есть ограничения по размеру данных — его нужно соблюдать, чтобы оптимизировать выполнения методов над массивами.
Какие размеры массива допустимы
У массива numpy.ndarray есть ограничения по размеру данных — по осям индексов должны быть данные одного размера. Это ограничение позволяет оптимизировать выполнения методов над массивами. Рассмотрим на примере.
Допустим, нам нужно сконвертировать список из списков длиной три и два:
np.array( [ [0,1,2], [3,4,], ] ) # => [list([0, 1, 2]) list([3, 4])] На первый взгляд у нас получился массив numpy.ndarray . Но если внимательно посмотреть на элементы, мы увидим, что получились списки, а не ожидаемые целочисленные массивы. Это ограничит дальнейшую работу с данными, потому что поведение многих методов меняется.
Попробуем найти в данном массиве максимальный элемент 4 . Это приведет к такому результату:
print(np.array( [ [0,1,2], [3,4,], ] ).max()) # => [3, 4] В этом примере мы получили не тот результат, которого ожидали.
Numpy старается предотвращать некорректные действия — для этого в нем есть система предупреждений и подсказок. Но это не значит, что не нужно следить за размером массива. Он играет важную роль в реализации методов библиотеки Numpy, поэтому рекомендуем обращать внимание на этот момент.
В случае с методом reshape() Numpy вообще не дает совершить некорректную конвертацию массива из 12 элементов в массив из 15 элементов — три блока по пять значений. В этом случае он вызывает исключение:
one_dimension_array.reshape(3,5) # => ValueError: cannot reshape array of size 12 into shape (3,5) Ограничения по размеру могут добавить неудобств, когда мы увеличиваем или уменьшаем размерность массива. При этом они позволяют не указывать некоторые значения размера, когда мы хотим его изменить.
Как сделать автоматический расчет размера массива
Ограничения на размер массива позволяют не указывать некоторые размеры в методе reshape() . Это можно оставить на автоматический расчет. Для этого нужное значение размерности поменяем на -1 :
print(one_dimension_array.reshape((4,3))) print(one_dimension_array.reshape(((4, -1)))) print(one_dimension_array.reshape(((-1, 3)))) # => [[ 0 1 2] # [ 3 4 5] # [ 6 7 8] # [ 9 10 11]] Все преобразования в примере выше дают одинаковый результат. Необходимый размер рассчитывается автоматически, исходя из количества элементов.
Для массивов большей размерности это работает по такому же принципу:
print(one_dimension_array.reshape((3, 2, 2))) print(one_dimension_array.reshape((-1, 2, 2))) print(one_dimension_array.reshape((3, -1, 2))) print(one_dimension_array.reshape((3, 2, -1))) # => [[[ 0 1] # [ 2 3]] # [[ 4 5] # [ 6 7]] # [[ 8 9] # [10 11]]] Чтобы получить одномерный массив и использовать автоматический расчет, не нужно находить количество элементов. Строки в примере ниже дают одинаковый результат:
print(three_dimensions_array.reshape((12,))) print(three_dimensions_array.reshape((-1,))) # => [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11] Теперь вы знаете, как определять размерность массива. Вы умеете изменять размер и рассчитывать его автоматически. Чтобы закрепить знания на практике, рассмотрим еще один пример.
Как размер массива меняется на практике
Изменение формы массива помогает подготовить исходные данные — после такой обработки их будет удобнее анализировать и преобразовывать.
Представим сервис платформы продаж, который логирует данные по сетевым магазинам в конце рабочего дня в определенном порядке. Аналитики выгрузили данные из закрытого контура платформы. Так они получили 24 значения недельных продаж сети:
orders = [7, 1, 7, 8, 4, 2, 4, 5, 3, 5, 2, 3, 8, 12, 8, 7, 15, 11, 13, 9, 21, 18, 17, 21, 25, 16, 25, 17,] shops_number = 4 orders_matrix = np.array(orders) orders_matrix = orders_matrix.reshape(-1, shops_number) print(orders_matrix) # => [[ 7 1 7 8] # [ 4 2 4 5] # [ 3 5 2 3] # [ 8 12 8 7] # [15 11 13 9] # [21 18 17 21] # [25 16 25 17]] print(orders_matrix.shape) # => (7, 4) Полученный массив данных можно визуализировать в виде такой таблицы:
| День | Магазин №1 | Магазин №2 | Магазин №3 | Магазин №4 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 7 | 1 | 7 | 8 |
| 1 | 4 | 2 | 4 | 5 |
| 2 | 3 | 5 | 2 | 3 |
| 3 | 8 | 12 | 8 | 7 |
| 4 | 15 | 11 | 13 | 9 |
| 5 | 21 | 18 | 17 | 21 |
| 6 | 25 | 16 | 25 | 17 |
Выводы
Метод shape — важный атрибут для структурного описания массива numpy.ndarray . Он помогает узнать размер вдоль каждой оси.
Открыть доступ
Курсы программирования для новичков и опытных разработчиков. Начните обучение бесплатно
- 130 курсов, 2000+ часов теории
- 1000 практических заданий в браузере
- 360 000 студентов
Наши выпускники работают в компаниях:
Условия и булевы массивы, размерность матрицы / np 5
До этого момента индексы и срезы использовать для извлечения подмножеств. В этих методах используются числовые значения. Но есть альтернативный путь получения элементов — с помощью условий и булевых операторов.
Предположим, что нужно выбрать все значения меньше 0,5 в матрице размером 4х4, которая содержит случайные значения между 0 и 1.
>>> A = np.random.random((4, 4)) >>> A array([[ 0.03536295, 0.0035115 , 0.54742404, 0.68960999], [ 0.21264709, 0.17121982, 0.81090212, 0.43408927], [ 0.77116263, 0.04523647, 0.84632378, 0.54450749], [ 0.86964585, 0.6470581 , 0.42582897, 0.22286282]]) Когда матрица из случайных значений определена, можно применить оператор условия. Результатом будет матрица из булевых значений: True , если элемент соответствовал условию и False — если нет. В этом примере можно видеть все элементы со значениями меньше 0,5.
>>> A 0.5 array([[ True, True, False, False], [ True, True, False, True], [False, True, False, False], [False, False, True, True]], dtype=bool) На самом деле, булевы массивы используются для неявного извлечения частей массивов. Добавив прошлое условие в квадратные скобки, можно получить новый массив, который будет включать все элементы меньше 0,5 из предыдущего.
>>> A[A 0.5] array([ 0.03536295, 0.0035115 , 0.21264709, 0.17121982, 0.43408927, 0.04523647, 0.42582897, 0.22286282]) Управление размерностью
Вы уже видели, как можно превращать одномерный массив в матрицу с помощью функции reshape() .
>>> a = np.random.random(12) >>> a array([ 0.77841574, 0.39654203, 0.38188665, 0.26704305, 0.27519705, 0.78115866, 0.96019214, 0.59328414, 0.52008642, 0.10862692, 0.41894881, 0.73581471]) >>> A = a.reshape(3, 4) >>> A array([[ 0.77841574, 0.39654203, 0.38188665, 0.26704305], [ 0.27519705, 0.78115866, 0.96019214, 0.59328414], [ 0.52008642, 0.10862692, 0.41894881, 0.73581471]]) Функция reshape() возвращает новый массив и таким образом может создавать новые объекты. Но если необходимо изменить объект, поменяв его форму, нужно присвоить кортеж с новыми размерностями атрибуту shape массива.
>>> a.shape = (3, 4) >>> a array([[ 0.77841574, 0.39654203, 0.38188665, 0.26704305], [ 0.27519705, 0.78115866, 0.96019214, 0.59328414], [ 0.52008642, 0.10862692, 0.41894881, 0.73581471]]) Как видно на примере, в этот раз оригинальный массив изменил форму, и ничего не возвращается. Обратная операция также возможна. Можно конвертировать двухмерный массив в одномерный с помощью функции ravel() .
>>> a = a.ravel() array([ 0.77841574, 0.39654203, 0.38188665, 0.26704305, 0.27519705, 0.78115866, 0.96019214, 0.59328414, 0.52008642, 0.10862692, 0.41894881, 0.73581471]) Или прямо повлиять на атрибут shape самого массива.
>>> a.shape = (12) >>> a array([ 0.77841574, 0.39654203, 0.38188665, 0.26704305, 0.27519705, 0.78115866, 0.96019214, 0.59328414, 0.52008642, 0.10862692, 0.41894881, 0.73581471]) Еще одна важная операция — транспонирование матрицы. Это инверсия колонок и рядов. NumPy предоставляет такую функциональность в функции transpose() .
>>> A.transpose() array([[ 0.77841574, 0.27519705, 0.52008642], [ 0.39654203, 0.78115866, 0.10862692], [ 0.38188665, 0.96019214, 0.41894881], [ 0.26704305, 0.59328414, 0.73581471]]) Как узнать размер массива
Всем привет, столкнулся с проблемой , решение которой нигде не могу найти. Например , функция возвращает массив(трёхмерый) неизвестно какого размера , мне необходимо узнать его размер по строке , столбцу и т.д.
я находил , что можно узнать это с помощью shapes , выводя таким образом :
И будет выведено примерно следующее :
А как мне получить эту семёрку?
мне нужно именно это значение определить.
Заранее благодарен.
94731 / 64177 / 26122
Регистрация: 12.04.2006
Сообщений: 116,782
Ответы с готовыми решениями:
Как узнать размер файла stdin?
file = sys.stdin text = file.read() Как мне теперь узнать размер файла stdin? Ну или можно ли.
Как узнать размер строки как размер массива
const char* test_str = "01234\x00 789"; //очевидно, что strlen(test_str) == 5; sizeof(test_str).
Как узнать размер массива?
Имею функцию template <typename T> int funk(T mas, T element) < //kod >
Как узнать размер массива?
Как узнать размер массива ?
Как узнать размер массива
В задаче нужно для решения узнать размер массива. Если sizeof() возвращает кол-во занятой памяти в.
26 / 26 / 23
Регистрация: 28.09.2016
Сообщений: 91
print(arr.shape[0]) или print(len(arr))
Сообщение от Vadya_ 
А как мне получить эту семёрку?
x = arr.shape[0]
print(x)
87844 / 49110 / 22898
Регистрация: 17.06.2006
Сообщений: 92,604
Помогаю со студенческими работами здесь
Как узнать размер массива?
Нужно узнать размер введенного пользователем массива, но sizeof() почему-то не работает, помогите.
Как узнать размер массива?
Вот у меня есть массив Results в структуре struct Student < public string Name; .
Как узнать размер одномерного массива?
В яве размер массива можно узнать вызовом метода length(), а как узнать размер массива в паскале?
Как узнать текущий размер массива
Доброго времени суток. Учебник Сергея Бобровского: Программирование на языке QBasiq. Страница 89.
Как узнать размер двумерного массива по sizeof?
Хотел вывести размер двумерного массива по sizeof, но он все равно выводит только размер памяти.
Руководство по массивам NumPy
Массивы NumPy несколько напоминают списки Python, но в то же время между ними есть много отличий. Для тех, кто не в теме, мы сейчас расскажем, что есть что.
Как видно уже из названия, массивы NumPy это ключевая структура данных всей библиотеки. Кстати, само имя библиотеки это акроним Numeric или Numerical Python.
Создание массива NumPy
Проще всего массив NumPy создать из списка Python.
myPythonList = [1,9,8,3]
Преобразование списка в массив NumPy производится при помощи объекта np.array .
numpy_array_from_list = np.array(myPythonList)
Для вывода на экран результата просто наберем:
numpy_array_from_list
Output:
array([1, 9, 8, 3])
На практике эти операции можно объединить в одну:
a = np.array([1,9,8,3])
Примечание: в документации Python для создания массива используется метод np.ndarray() . Однако описанный нами метод также является рекомендованным.
Таким же образом массив NumPy может быть создан и из кортежа.
Математические операции с массивами
Для массивов NumPy определены все основные арифметические операции: сложение, умножение, вычитание и деление. Синтаксис тоже обычный: имя массива, а за ним оператор(+, *, — , /)
Пример:
numpy_array_from_list + 10
Output:
array([11, 19, 18, 13])
В результате данной операции к каждому элементу массива прибавилось число 10.
Размерность массивов
Размерность массива можно определить с помощью объекта shape , написав его сразу после имени массива. Таким же образом, с помощью dtype , можно определить тип массива.
import numpy as np a = np.array([1,2,3]) print(a.shape) print(a.dtype) (3,) int64
Тип integer не может содержать значений с плавающей запятой. Поэтому если вы создаете массив с такими значениями, его тип будет float .
#### Different type b = np.array([1.1,2.0,3.2]) print(b.dtype) float64
Двумерные массивы
Размерность можно добавить с помощью запятой. Обратите внимание, что все это должно быть в квадратных скобках [] .
### 2 dimension c = np.array([(1,2,3), (4,5,6)]) print(c.shape) (2, 3)
Трехмерные массивы
Массивы высших размерностей можно создавать следующим образом:
### 3 dimension d = np.array([ [[1, 2,3], [4, 5, 6]], [[7, 8,9], [10, 11, 12]] ]) print(d.shape) (2, 2, 3)
Заключение
В этой главе мы рассмотрели функцию для создания массивов — array([1,2,3]) , а также функцию для вывода размерности массива — array([.]).shape .