极客教程Numpy中将numpy数组作为变量添加到Xarray数据集中的方法介绍
在本文中，我们将介绍如何使用Numpy将numpy数组作为变量添加到Xarray数据集中。Xarray是Python实现的用于N维标记数据（N-dimensional labeled array）的库，它提供了类似于Pandas的标签和不同维度之间的坐标、统计和聚合等功能。Numpy是Python中用于科学计算的库，其提供了大量常用的数组函数和线性代数、傅里叶变换、随机数生成等功能。
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Xarray数据集（Dataset）
Xarray的核心对象是Dataset，它是由多个变量组成的数据集合，类似于一个Python字典（dict），其中每个变量是一个Numpy数组。一个Xarray数据集通常由以下元素组成：
- Data variables：变量数据，即数组。
- Coordinates：坐标，表示数据在每个维度上的位置。
- Attributes：属性，是存储数据集和变量的元数据的Python字典。
以下代码演示了如何创建一个简单的Xarray数据集：
import numpy as np
import xarray as xr
# 创建一个简单的Xarray数据集
data = xr.Dataset({'temperature': (['x', 'y'], np.random.rand(3, 2)),
'precipitation': (['x', 'y'], np.random.rand(3, 2))},
coords={'x': [0, 1, 2],
'y': ['a', 'b'], 'time': '2019-08-01'},
attrs={'author': 'Alice'})
print(data)
上述代码中，我们创建了一个包含两个变量temperature和precipitation的数据集，每个变量包含3行2列的随机数，而’x’和’y’两个维度的坐标分别是[0, 1, 2]和[‘a’, ‘b’]，时间戳为’2019-08-01’。
将Numpy数组作为变量添加到Xarray数据集中
如果我们已经有一个Numpy数组，如何将其添加到Xarray数据集中呢？我们可以使用Xarray的DataArray对象，它是一个Numpy数组和坐标的封装，可以与Dataset中的其他数组进行交互。下面是一个简单的例子：
import numpy as np
import xarray as xr
# 创建一个包含Numpy数组的DataArray
arr = np.random.randn(4, 3)
da = xr.DataArray(arr, coords=[('x', [0, 1, 2, 3]), ('y', ['a', 'b', 'c'])])
# 添加DataArray到一个数据集中
data = xr.Dataset({'temperature': (['x', 'y'], np.random.rand(4, 3)),
'precipitation': (['x', 'y'], np.random.rand(4, 3)),
'new_variable': da})
print(data)
上述代码中，我们首先创建了一个4行3列的Numpy数组arr，然后将其封装成一个DataArray对象da，其中’x’坐标为一维数组[0, 1, 2, 3]，’y’坐标为一维数组[‘a’, ‘b’, ‘c’]。接着我们创建了一个包含3个变量的数据集data，其中除了temperature和precipitation变量之外还添加了新变量new_variable，即刚刚创建的DataArray对象da。
通过Numpy创建变量数据
我们还可以通过Numpy创建一个变量数据，然后添加到数据集中。下面是一个例子：
import numpy as np
import xarray as xr
# 创建一个包含多个变量的数据集
temperature = xr.DataArray(np.random.randn(2, 3), dims=['x', 'y'], coords={'x': list('ab'), 'y': list('123')})
precipitation = xr.DataArray(np.random.randn(2, 3), dims=['x', 'y'], coords={'x: list('ab'), 'y': list('123')})
# 在数据集中添加新的变量
data = xr.Dataset({'temperature': temperature,
'precipitation': precipitation})
# 创建一个新的Numpy数组作为新变量数据
new_var_data = np.random.rand(2, 3)
# 将新变量添加到数据集中
data['new_variable'] = xr.DataArray(new_var_data, dims=['x', 'y'], coords={'x': list('ab'), 'y': list('123')})
print(data)
在上述代码中，我们首先创建了包含两个变量temperature和precipitation的数据集。然后我们创建了一个新的Numpy数组new_var_data，它的大小与之前的变量相同，并且包含随机数。最后，我们通过Xarray的DataArray对象将新变量数据添加到数据集中。
总结
在本文中，我们介绍了如何使用Numpy将numpy数组作为变量添加到Xarray数据集中。我们先了解了什么是Xarray数据集以及如何使用DataArray对象以及坐标创建变量数据。接着我们通过两个例子演示了如何将已有的Numpy数组或新创建的Numpy数组作为变量数据添加到数据集中。这些方法简单又灵活，便于我们在科学计算中进行数据处理和分析。