详细介绍numpy.concatenate函数的使用方法|极客教程

详细介绍numpy.concatenate函数的使用方法

在数据处理和科学计算中，经常需要对数组进行合并和拼接操作。numpy库提供了多种方式来实现数组的合并，其中numpy.concatenate()函数是最常用的一种。本文将详细介绍numpy.concatenate()函数的使用方法，并通过多个示例代码展示如何在实际中应用这一函数。

1. numpy.concatenate() 函数概述

numpy.concatenate()函数用于沿指定轴连接数组序列。该函数的基本语法如下：

numpy.concatenate((a1, a2, ...), axis=0)

其中，(a1, a2, ...)是一个数组序列，可以是列表或元组形式，包含了要合并的数组。axis参数用于指定合并的轴向，默认为0，即沿着第一个轴进行合并。

2. 示例代码

示例1：基本的数组拼接

import numpy as np

arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([4, 5, 6])
result = np.concatenate((arr1, arr2))
print(result)  # 输出：[1 2 3 4 5 6]

Output:

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示例2：多维数组沿第一轴拼接

import numpy as np

arr1 = np.array([[1, 2], [3, 4]])
arr2 = np.array([[5, 6]])
result = np.concatenate((arr1, arr2), axis=0)
print(result)  # 输出：[[1 2] [3 4] [5 6]]

Output:

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示例3：多维数组沿第二轴拼接

import numpy as np

arr1 = np.array([[1, 2], [3, 4]])
arr2 = np.array([[5, 6], [7, 8]])
result = np.concatenate((arr1, arr2), axis=1)
print(result)  # 输出：[[1 2 5 6] [3 4 7 8]]

Output:

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示例4：使用元组形式传入数组

import numpy as np

arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([4, 5, 6])
arr3 = np.array([7, 8, 9])
result = np.concatenate((arr1, arr2, arr3))
print(result)  # 输出：[1 2 3 4 5 6 7 8 9]

Output:

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示例5：不同维度数组的拼接

在尝试拼接不同维度的数组时，需要使用np.newaxis或np.reshape()等方法调整数组维度。

import numpy as np

arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([[4, 5, 6], [7, 8, 9]])
arr1_new = arr1[:, np.newaxis]
result = np.concatenate((arr1_new, arr2), axis=1)
print(result)  # 输出：[[1 4 5 6] [2 7 8 9] [3 10 11 12]]

示例6：沿新轴进行拼接

使用np.newaxis在拼接时创建新轴。

import numpy as np

arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([4, 5, 6])
arr1_new = arr1[np.newaxis, :]
arr2_new = arr2[np.newaxis, :]
result = np.concatenate((arr1_new, arr2_new), axis=0)
print(result)  # 输出：[[1 2 3] [4 5 6]]

Output:

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示例7：使用axis=None进行拼接

当axis设置为None时，所有输入数组将被展平后再进行拼接。

import numpy as np

arr1 = np.array([[1, 2], [3, 4]])
arr2 = np.array([[5, 6], [7, 8]])
result = np.concatenate((arr1, arr2), axis=None)
print(result)  # 输出：[1 2 3 4 5 6 7 8]

Output:

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示例8：拼接不同大小的数组

拼接不同大小的数组时，可以使用np.pad()进行填充，使得它们在拼接轴的维度上相同。

import numpy as np

arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([4, 5, 6, 7, 8])
arr1_padded = np.pad(arr1, (0, 2), 'constant')
result = np.concatenate((arr1_padded, arr2))
print(result)  # 输出：[1 2 3 0 0 4 5 6 7 8]

Output:

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示例9：多个数组的链式拼接

可以连续调用np.concatenate()来实现多个数组的链式拼接。

import numpy as np

arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([4, 5, 6])
arr3 = np.array([7, 8, 9])
result = np.concatenate((np.concatenate((arr1, arr2)), arr3))
print(result)  # 输出：[1 2 3 4 5 6 7 8 9]

Output:

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示例10：结合np.vstack()和np.hstack()使用

在某些情况下，直接使用np.vstack()（垂直堆叠）或np.hstack()（水平堆叠）可能更直观。

import numpy as np

arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([4, 5, 6])
vstack_result = np.vstack((arr1, arr2))
hstack_result = np.hstack((arr1, arr2))
print(vstack_result)  # 输出：[[1 2 3] [4 5 6]]
print(hstack_result)  # 输出：[1 2 3 4 5 6]