Python numpy数组扩展：repeat和tile

1. 简介

Python中的numpy库是一个强大的数值计算工具，使用numpy库可以更高效地进行矩阵运算和处理。在numpy库中，repeat和tile是两个常用的函数，用于扩展数组。

本文将详细介绍numpy中repeat和tile函数的用法和功能，以及它们之间的区别和适用场景。

2. numpy repeat函数

2.1 repeat函数的基本用法

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

repeat函数将数组a中的元素按指定的重复次数repeats进行扩展，并返回一个新的数组。参数a可以是一维或多维数组，repeats可以是一个整数、一个一维数组或一维整数数组。

如果repeats为整数，则数组a的每个元素都将重复repeats次。如果repeats为一维数组，它必须与数组a的长度相同，每个元素代表在相应位置上重复的次数。

axis参数指定了重复的方向，默认为None，表示将数组a展开为一个一维数组。如果axis为整数，则表示在指定的轴上进行重复操作，生成一个维度更高的数组。

2.2 repeat函数示例

import numpy as np

a = np.array([1, 2, 3])
b = np.repeat(a, 3)
print(b)

输出结果：

[1 1 1 2 2 2 3 3 3]

上述例子中，repeat函数将数组a中的每个元素重复了3次，得到新的数组b。可以看到，数组b中依次重复了1，2，3三个元素。

如果指定axis参数为0，表示在第0轴上进行重复操作，生成一个维度更高的数组。示例代码如下：

import numpy as np

a = np.array([[1, 2], [3, 4]])
b = np.repeat(a, 2, axis=0)
print(b)

输出结果：

[[1 2]
 [1 2]
 [3 4]
 [3 4]]

在上述例子中，repeat函数在第0轴上将数组a中的每一行重复了2次，得到新的数组b。

3. numpy tile函数

3.1 tile函数的基本用法

numpy.tile(A, reps)

tile函数将数组A沿指定的维度重复制成新的数组，并返回结果。参数A可以是一个数组或者一个列表，reps是一个表示重复次数的整数、一个表示维度乘积的整数或一个表示每个维度重复次数的元组。

如果reps为整数，则表示在所有的维度上重复相同的次数。如果reps为一个元组，则每个维度的重复次数由元组中的元素确定。

tile函数生成的数组的大小是原数组的大小乘以重复的次数。

3.2 tile函数示例

import numpy as np

a = np.array([1, 2, 3])
b = np.tile(a, 2)
print(b)

输出结果：

[1 2 3 1 2 3]

上述例子中，tile函数将数组a重复了2次，并生成一个新的数组b。可以看到，数组b中依次重复了1，2，3三个元素。

如果使用元组作为reps参数，可以实现在不同维度上进行不同次数的重复。示例代码如下：

import numpy as np

a = np.array([[1, 2], [3, 4]])
b = np.tile(a, (2, 1))
print(b)

输出结果：

[[1 2]
 [3 4]
 [1 2]
 [3 4]]

在上述例子中，tile函数将数组a在第0轴上重复2次，在第1轴上重复1次，并生成新的数组b。

4. repeat和tile的比较

4.1 重复方式的不同

repeat函数是按元素进行重复操作，即按照元素在数组中的顺序进行重复。而tile函数是按维度进行重复操作，即在每个维度上按指定的次数进行重复。

4.2 产生的结果数组形状的不同

repeat函数生成的数组形状与原数组形状一致，只是元素重复了指定的次数。而tile函数生成的数组形状是原数组形状乘以重复的次数。

4.3 使用场景的不同

如果只需要按元素重复数组中的元素，可以使用repeat函数。例如，对于一维数组[1, 2, 3]，可以使用repeat函数将每个元素重复n次。

如果需要在不同维度上重复数组的元素，可以使用tile函数。例如，对于二维数组[[1, 2], [3, 4]]，可以使用tile函数在不同的轴上重复元素。

5. 总结

本文详细介绍了numpy库中repeat和tile函数的用法和功能，并比较了它们之间的区别和适用场景。

• repeat函数按元素进行重复操作，tile函数按维度进行重复操作。
• repeat函数生成的数组形状与原数组形状一致，tile函数生成的数组形状是原数组形状乘以重复的次数。
• repeat函数适用于在同一个维度上重复数组的元素，tile函数适用于在不同维度上重复数组的元素。