问题:numpy.array形状(R,1)和(R,)之间的区别
进入时numpy
,一些操作恢复了形状,(R, 1)
但有些恢复了(R,)
。由于reshape
需要显式运算,因此这将使矩阵乘法更加乏味。例如,给定矩阵M
,如果我们想在numpy.dot(M[:,0], numpy.ones((1, R)))
哪里做R
行数(当然,同样的问题也会逐列出现)。我们会得到matrices are not aligned
错误,因为M[:,0]
是在外形(R,)
,但numpy.ones((1, R))
在形状(1, R)
。
所以我的问题是:
什么形状之间的差异
(R, 1)
和(R,)
。我从字面上知道它是数字列表和列表列表,其中所有列表仅包含一个数字。只是想知道为什么不设计numpy
使其偏爱形状(R, 1)
而不是(R,)
更容易进行矩阵乘法。以上示例是否有更好的方法?无需像这样显式重塑:
numpy.dot(M[:,0].reshape(R, 1), numpy.ones((1, R)))
回答 0
1. NumPy中形状的含义
您写道:“我从字面上知道这是一个数字列表和一个列表列表,其中所有列表都只包含一个数字”,但这是一种无益的思考方式。
考虑NumPy数组的最佳方法是它们由两部分组成,一个数据缓冲区只是一个原始元素块,另一个视图描述了如何解释数据缓冲区。
例如,如果我们创建一个包含12个整数的数组:
>>> a = numpy.arange(12)
>>> a
array([ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11])
然后a
由一个数据缓冲区组成,排列如下:
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ 11 │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
还有一个描述如何解释数据的视图:
>>> a.flags
C_CONTIGUOUS : True
F_CONTIGUOUS : True
OWNDATA : True
WRITEABLE : True
ALIGNED : True
UPDATEIFCOPY : False
>>> a.dtype
dtype('int64')
>>> a.itemsize
8
>>> a.strides
(8,)
>>> a.shape
(12,)
这里的形状 (12,)
表示该数组由一个从0到11的单个索引建立索引。从概念上讲,如果我们标记此单个索引i
,则该数组a
如下所示:
i= 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ 11 │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
如果我们调整数组的形状,则不会更改数据缓冲区。相反,它创建一个新视图,该视图描述了另一种解释数据的方式。所以之后:
>>> b = a.reshape((3, 4))
该数组b
具有与相同的数据缓冲区a
,但是现在它由两个索引分别从0到2和0到3进行索引。如果我们标记两个索引i
和j
,则数组b
如下所示:
i= 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 2
j= 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ 11 │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
意思就是:
>>> b[2,1]
9
您可以看到第二个索引变化很快,而第一个索引变化缓慢。如果您不希望这样做,可以指定order
参数:
>>> c = a.reshape((3, 4), order='F')
这将导致数组的索引如下:
i= 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2
j= 0 0 0 1 1 1 2 2 2 3 3 3
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ 11 │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
意思就是:
>>> c[2,1]
5
现在应该清楚一个数组具有一个或多个尺寸为1的尺寸的形状的含义。
>>> d = a.reshape((12, 1))
数组d
由两个索引索引,第一个索引的范围是0到11,第二个索引始终是0:
i= 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
j= 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ 11 │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
所以:
>>> d[10,0]
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长度为1的尺寸是“自由的”(在某种意义上),因此没有什么可以阻止您进入城镇:
>>> e = a.reshape((1, 2, 1, 6, 1))
给出一个索引如下的数组:
i= 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
j= 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1
k= 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
l= 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
m= 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ 11 │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
所以:
>>> e[0,1,0,0,0]
6
有关如何实现数组的更多详细信息,请参见NumPy内部文档。
2.怎么办?
由于numpy.reshape
只是创建了一个新视图,因此不必在必要时使用它。当您想以其他方式索引数组时,它是使用的正确工具。
但是,在较长的计算中,通常可能首先要安排构造具有“正确”形状的数组,这样就可以最大程度地减少变形和转置的次数。但是,在没有看到导致需要重塑的实际环境的情况下,很难说应该改变什么。
您问题中的示例是:
numpy.dot(M[:,0], numpy.ones((1, R)))
但这是不现实的。首先,此表达式:
M[:,0].sum()
计算结果更简单。第二,第0列真的有什么特别之处吗?也许您实际需要的是:
M.sum(axis=0)
回答 1
(R,)
和之间的区别(1,R)
实际上是您需要使用的索引数。 ones((1,R))
是一个二维数组,碰巧只有一行。 ones(R)
是一个向量。通常,如果变量的行数/列数不超过一个,则应该使用向量,而不是单维度的矩阵。
对于您的特定情况,有两种选择:
1)只需将第二个参数设为向量。以下工作正常:
np.dot(M[:,0], np.ones(R))
2)如果您想要矩阵等矩阵运算,请使用类matrix
代替ndarray
。所有*
矩阵都被强制为二维数组,并且运算符执行矩阵乘法而不是按元素进行乘法(因此您不需要点)。以我的经验,这是值得解决的麻烦,但是如果您习惯使用matlab可能会很好。
回答 2
形状是一个元组。如果只有一维,则形状将是一个数字,并且逗号后仅是空白。对于2维以上的尺寸,所有逗号后面都会有一个数字。
# 1 dimension with 2 elements, shape = (2,).
# Note there's nothing after the comma.
z=np.array([ # start dimension
10, # not a dimension
20 # not a dimension
]) # end dimension
print(z.shape)
(2,)
# 2 dimensions, each with 1 element, shape = (2,1)
w=np.array([ # start outer dimension
[10], # element is in an inner dimension
[20] # element is in an inner dimension
]) # end outer dimension
print(w.shape)
(2,1)
回答 3
对于其基本数组类,2d数组不比1d或3d数组更特殊。有一些操作可以保留尺寸,一些可以减小尺寸,其他可以组合甚至扩展尺寸。
M=np.arange(9).reshape(3,3)
M[:,0].shape # (3,) selects one column, returns a 1d array
M[0,:].shape # same, one row, 1d array
M[:,[0]].shape # (3,1), index with a list (or array), returns 2d
M[:,[0,1]].shape # (3,2)
In [20]: np.dot(M[:,0].reshape(3,1),np.ones((1,3)))
Out[20]:
array([[ 0., 0., 0.],
[ 3., 3., 3.],
[ 6., 6., 6.]])
In [21]: np.dot(M[:,[0]],np.ones((1,3)))
Out[21]:
array([[ 0., 0., 0.],
[ 3., 3., 3.],
[ 6., 6., 6.]])
其他给出相同数组的表达式
np.dot(M[:,0][:,np.newaxis],np.ones((1,3)))
np.dot(np.atleast_2d(M[:,0]).T,np.ones((1,3)))
np.einsum('i,j',M[:,0],np.ones((3)))
M1=M[:,0]; R=np.ones((3)); np.dot(M1[:,None], R[None,:])
MATLAB最初只是2D阵列。较新的版本允许更大的尺寸,但保留2的下限。但是,您仍然必须注意行矩阵和列1之间的差异,即形状为(1,3)
v的列(3,1)
。你多久写一次[1,2,3].'
?我将要编写row vector
和column vector
,但是受2d约束,MATLAB中没有任何矢量-至少从矢量的数学意义上讲不是1d。
您是否看过np.atleast_2d
(还有_1d和_3d版本)?
回答 4
1)不喜欢的形状的原因(R, 1)
在(R,)
在于,它不必要地复杂的事情。此外,为什么最好在(R, 1)
长度R向量上默认使用形状而不是(1, R)
?当您需要其他尺寸时,最好使其简单明了。
2)以您的示例为例,您正在计算外部产品,因此可以reshape
通过使用np.outer
以下命令来执行此操作而无需调用
np.outer(M[:,0], numpy.ones((1, R)))
回答 5
这里已经有很多好的答案。但是对我来说,很难找到一些例子,其中形状或数组会破坏所有程序。
所以这是一个:
import numpy as np
a = np.array([1,2,3,4])
b = np.array([10,20,30,40])
from sklearn.linear_model import LinearRegression
regr = LinearRegression()
regr.fit(a,b)
这将因错误而失败:
ValueError:预期的2D数组,取而代之的是1D数组
但是如果我们添加reshape
到a
:
a = np.array([1,2,3,4]).reshape(-1,1)
这正常工作!