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5 个高效 & 简洁的 Numpy 函数

1月前浏览523
原文链接:https://towardsdatascience.com/5-smart-python-numpy-functions-dfd1072d2cb4

在 reshape 函数中使用参数-1

Numpy 允许我们根据给定的新形状重塑矩阵,新形状应该和原形状兼容。有意思的是,我们可以将新形状中的一个参数赋值为-1。这仅仅表明它是一个未知的维度,我们希望 Numpy 来算出这个未知的维度应该是多少:Numpy 将通过查看数组的长度和剩余维度来确保它满足上述标准。让我们来看以下例子: 


维度为-1 的不同 reshape 操作图示。


 
a = np.array([[1, 2, 3, 4],
              [5, 6, 7, 8]]
)  
a.shape  
(24)

假设我们给定行参数为 1,列参数为-1,那么 Numpy 将计算出 reshape 后的列数为 8。
 
a.reshape(1,-1)  
array([[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]])

假设我们给定行参数为-1,列参数为 1,那么 Numpy 将计算出 reshape 后的行数为 8。
 
a.reshape(-1,1)  
array([[1],  
[2],  
[3],  
[4],  
[5],  
[6],  
[7],  
[8]])

下面的代码也是一样的道理。
 
a.reshape(-1,4)  
array([[1, 2, 3, 4],
       [5, 6, 7, 8]]
)a.reshape(-1,2)  
array([[1, 2],
       [3, 4],
       [5, 6],
       [7, 8]]
)a.reshape(2,-1)  
array([[1, 2, 3, 4],
       [5, 6, 7, 8]]
)a.reshape(4,-1)  
array([[1, 2],
       [3, 4],
       [5, 6],
       [7, 8]]
)

这也适用于任何更高维度张量的 reshape,但是只有一个维度的参数能赋值为-1。
 
a.reshape(2,2,-1)  
array([[[1, 2],
        [3, 4]]
,  
 
[[5, 6],
        [7, 8]]
])a.reshape(2,-1,1)  
array([[[1],
        [2],
        [3],
        [4]]
,  
 
[[5],
        [6],
        [7],
        [8]]
])

如果我们尝试 reshape 不兼容的形状或者是给定的未知维度参数多于 1 个,那么将会报错。
 
a.reshape(-1,-1)  
ValueErrorcanonlyspecifyoneunknowndimensiona.reshape(3,-1)  
ValueErrorcannotreshapearrayofsize 8 intoshape (3,newaxis)


总而言之,当试图对一个张量进行 reshape 操作时,新的形状必须包含与旧的形状相同数量的元素,这意味着两个形状的维度乘积必须相等。当使用 -1 参数时,与-1 相对应的维数将是原始数组的维数除以新形状中已给出维数的乘积,以便维持相同数量的元素。

Argpartition:在数组中找到最大的 N 个元素。



Numpy 的 argpartion 函数可以高效地找到 N 个最大值的索引并返回 N 个值。在给出索引后,我们可以根据需要进行值排序。
 
array = np.array([1074322590460])index = np.argpartition*(array, -5)[-5:]  
index  
array([ 6,  110,  7,  0], dtype=int64)np.sort(array[index])  
array([ 5,  6,  7,  910])

Clip:如何使数组中的值保持在一定区间内

在很多数据处理和算法中(比如强化学习中的 PPO),我们需要使得所有的值保持在一个上下限区间内。Numpy 内置的 Clip 函数可以解决这个问题。Numpy clip () 函数用于对数组中的值进行限制。给定一个区间范围,区间范围外的值将被截断到区间的边界上。例如,如果指定的区间是 [-1,1],小于-1 的值将变为-1,而大于 1 的值将变为 1。


Clip 示例:限制数组中的最小值为 2,最大值为 6。
 
#Example-1  
array = np.array([1074322590460])  
print (np.clip(array,2,6))[664322562462]#Example-2  
array = np.array([10-14-322590460])  
print (np.clip(array,2,5))[524222552452]

Extract:从数组中提取符合条件的元素

我们可以使用 Numpy extract () 函数从数组中提取符合条件的特定元素。


 
arr = np.arange(10)  
arrarray([0123456789])# Define the codition, here we take MOD 3 if zero  
condition = np.mod(arr, 3)==0  
conditionarray([ TrueFalseFalse,  TrueFalseFalse,  TrueFalseFalse,True])np.extract(condition, arr)  
array([0369])

同样地,如果有需要,我们可以用 AND 和 OR 组合的直接条件,如下所示:
 
np.extract(((arr > 2) & (arr < 8)), arr)array([3, 4, 5, 6, 7])

setdiff1d:如何找到仅在 A 数组中有而 B 数组没有的元素


返回数组中不在另一个数组中的独有元素。这等价于两个数组元素集 合的差集。


 
a = np.array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])  
b = np.array([3,4,7,6,7,8,11,12,14])  
c = np.setdiff1d(a,b)  
carray([1, 2, 5, 9])

小结

以上 5 个 Numpy 函数并不经常被社区使用,但是它们非常简洁和优雅。在我看来,我们应该尽可能在出现类似情况时使用这些函数,不仅因为代码量更少,更因为它们是解决复杂问题的绝妙方法。
来源:数值分析与有限元编程
ACT化学pythonUM
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首次发布时间:2024-04-02
最近编辑:1月前
太白金星
本科 慢慢来
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