Numpy数组扩展/缩放

在本文中，我们将介绍如何扩展或缩放Numpy数组。

Numpy是Python中用于数学计算和科学计算的一个重要库。其中最常用的功能之一是创建和操作多维数组。但在实际应用中，我们可能需要对数组进行扩展或缩放。Numpy提供了一些函数来实现这些操作。

阅读更多：Numpy 教程

1. Numpy数组扩展

1.1. np.pad函数

np.pad函数可以在数组周围添加填充值，以达到扩展数组的目的。它的语法如下：

np.pad(array, pad_width, mode, **kwargs)

• array：需要进行填充的数组；
• pad_width：填充宽度，它是一个以整数为元素的元组，每个元素代表在对应维度上需要填充的个数；
• mode：填充模式，包含“constant”（常数填充）、“edge”（边缘填充）、“linear_ramp”（线性填充）等。

例如，假设我们有一个3×3的数组，可以使用np.pad函数对其进行扩展：

import numpy as np

arr = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
print('原始数组：')
print(arr)

# 在数组周围添加一层填充值
result = np.pad(arr, pad_width=1, mode='constant', constant_values=0)
print('扩展后的数组：')
print(result)

输出结果为：

原始数组：
[[1 2 3]
 [4 5 6]
 [7 8 9]]
扩展后的数组：
[[0 0 0 0 0]
 [0 1 2 3 0]
 [0 4 5 6 0]
 [0 7 8 9 0]
 [0 0 0 0 0]]

1.2. np.repeat函数

np.repeat函数可以将数组按照行或列进行重复，并返回一个新的数组。它的语法如下：

np.repeat(a, repeats, axis=None)

• a：需要进行重复的数组；
• repeats：行或列重复的次数；
• axis：进行重复操作的轴向（0代表按列重复，1代表按行重复）。

下面是一个例子，我们将一个3×3的数组按行重复2次：

import numpy as np

arr = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
print('原始数组：')
print(arr)

# 按行重复2次
result = np.repeat(arr, repeats=2, axis=0)
print('扩展后的数组：')
print(result)

输出结果为：

原始数组：
[[1 2 3]
 [4 5 6]
 [7 8 9]]
扩展后的数组：
[[1 2 3]
 [1 2 3]
 [4 5 6]
 [4 5 6]
 [7 8 9]
 [7 8 9]]

2. Numpy数组缩放

2.1. np.resize函数

np.resize函数可以改变数组的形状，并在必要时裁剪或填充缺失部分。它的语法如下：

np.resize(a, new_shape)

• a：需要进行缩放的数组；
• new_shape：新的数组形状，是一个以整数为元素的元组，每个元素代表在对应维度上需要缩放的个数。

下面是一个例子，我们将一个2×2的数组缩放为3×3的数组：

import numpy as np

arr = np.array([[1, 2], [3, 4]])
print('原始数组：')
print(arr)

# 缩放为3×3
result= np.resize(arr, (3, 3))
print('缩放后的数组：')
print(result)

输出结果为：

原始数组：
[[1 2]
 [3 4]]
缩放后的数组：
[[1 2 3]
 [4 1 2]
 [3 4 1]]

可以看到，np.resize函数对数组进行了缩放，并填充了缺失的部分。

2.2. np.interp函数

np.interp函数可以对数组进行插值，得到一个缩放后的新数组。它的语法如下：

np.interp(x, xp, fp, left=None, right=None)

• x：需要插值的数值；
• xp：已知样本点的x坐标；
• fp：已知样本点的y坐标；
• left：当x小于xp[0]时，返回的插值值；
• right：当x大于等于xp[-1]时，返回的插值值。

下面是一个例子，我们将一个1×4的数组插值为长度为5的新数组：

import numpy as np

arr = np.array([1, 2, 3, 4])
print('原始数组：')
print(arr)

# 插值为长度为5的新数组
result = np.interp(np.linspace(0, len(arr) - 1, 5), np.arange(len(arr)), arr)
print('缩放后的数组：')
print(result)

输出结果为：

原始数组：
[1 2 3 4]
缩放后的数组：
[1.  1.5 2.5 3.5 4. ]

可以看到，np.interp函数对数组进行了插值，并得到了一个缩放后的新数组。

总结

在本文中，我们介绍了Numpy数组扩展和缩放的几种方法，包括使用np.pad函数、np.repeat函数、np.resize函数和np.interp函数。这些方法可以帮助我们更好地掌握Numpy数组的操作，实现更加高效的数学和科学计算。