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NumPy 数组迭代

NumPy 迭代器对象 numpy.nditer 提供了一种灵活访问一个或者多个数组元素的方式。

迭代器最基本的任务的可以完成对数组元素的访问。

接下来我们使用 arange() 函数创建一个 2X3 数组,并使用 nditer 对它进行迭代。

import numpy as np
a = np.arange(12).reshape(2,6)
print ('原始数组是:')
print (a)
print ('\n')
print ('迭代输出元素:')
for x in np.nditer(a):
    print (x, end=" " )

输出结果为:

原始数组如下:
[[ 0 1 2 3 4 5]
 [ 6 7 8 9 10 11]]
迭代输出数组元素如下:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

以上实例不是使用标准 C 或者 Fortran 顺序,选择的顺序是和数组内存布局一致的,这样做是为了提升访问的效率,默认是行序优先(row-major order,或者说是 C-order)。

这反映了默认情况下只需访问每个元素,而无需考虑其特定顺序。我们可以通过迭代上述数组的转置来看到这一点,并与以 C 顺序访问数组转置的 copy 方式做对比,如下实例:

import numpy as np
a = np.arange(12).reshape(2,6)
for x in np.nditer(a.T):
    print (x, end=" " )
print ('\n')
for x in np.nditer(a.T.copy(order='C')):
    print (x, end=" " )

输出结果为:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 
0 6 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11

从上述实例可以看出,a 和 a.T 的遍历顺序是一样的,也就是他们在内存中的存储顺序也是一样的,但是 a.T.copy(order = ‘C’) 的遍历结果是不同的,那是因为它和前两种的存储方式是不一样的,默认是按行访问。

控制遍历顺序

for x in np.nditer(a, order=’F’):Fortran order,即是列序优先;for x in np.nditer(a.T, order=’C’):C order,即是行序优先;

import numpy as np
a = np.arange(0,100,5)
a = a.reshape(4,5)
print ('原始数组是:')
print (a)
print ('\n')
print ('原始数组的转置是:')
b = a.T
print (b)
print ('\n')
print ('以 C 风格顺序排序:')
c = b.copy(order='C')
print (c)
for x in np.nditer(c):
    print (x, end=" " )
print ('\n')
print ('以 F 风格顺序排序:')
c = b.copy(order='F')
print (c)
for x in np.nditer(c):
    print (x, end=" " )

输出结果为:

原始数组是:
[[ 0 5 10 15 20]
 [25 30 35 40 45]
 [50 55 60 65 70]
 [75 80 85 90 95]]
原始数组的转置是:
[[ 0 25 50 75]
 [ 5 30 55 80]
 [10 35 60 85]
 [15 40 65 90]
 [20 45 70 95]]
以 C 风格顺序排序:
[[ 0 25 50 75]
 [ 5 30 55 80]
 [10 35 60 85]
 [15 40 65 90]
 [20 45 70 95]]
0 25 50 75 5 30 55 80 10 35 60 85 15 40 65 90 20 45 70 95 
以 F 风格顺序排序:
[[ 0 25 50 75]
 [ 5 30 55 80]
 [10 35 60 85]
 [15 40 65 90]
 [20 45 70 95]]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

可以通过显式设置,来强制 nditer 对象使用某种顺序:

import numpy as np
a = np.arange(0,100,5)
a = a.reshape(4,5)
print ('原始数组是:')
print (a)
print ('\n')
print ('以 C 风格顺序排序:')
for x in np.nditer(a, order = 'C'):
    print (x, end=", " )
print ('\n')
print ('以 F 风格顺序排序:')
for x in np.nditer(a, order = 'F'):
    print (x, end=" " )

输出结果为:

原始数组是:
[[ 0 5 10 15 20]
 [25 30 35 40 45]
 [50 55 60 65 70]
 [75 80 85 90 95]]
以 C 风格顺序排序:
0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 
以 F 风格顺序排序:
0 25 50 75 5 30 55 80 10 35 60 85 15 40 65 90 20 45 70 95

修改数组中元素的值

nditer 对象有另一个可选参数 op_flags。 默认情况下,nditer 将视待迭代遍历的数组为只读对象(read-only),为了在遍历数组的同时,实现对数组元素值得修改,必须指定 read-write 或者 write-only 的模式。

import numpy as np
a = np.arange(0,100,5)
a = a.reshape(4,5)
print ('原始数组是:')
print (a)
print ('\n')
for x in np.nditer(a, op_flags=['readwrite']):
    x[...]=2*x
print ('修改后的数组是:')
print (a)

输出结果为:

原始数组是:
[[ 0 5 10 15 20]
 [25 30 35 40 45]
 [50 55 60 65 70]
 [75 80 85 90 95]]
修改后的数组是:
[[ 0 10 20 30 40]
 [ 50 60 70 80 90]
 [100 110 120 130 140]
 [150 160 170 180 190]]

使用外部循环

nditer类的构造器拥有flags参数,它可以接受下列值:

参数 描述
c_index 可以跟踪 C 顺序的索引
f_index 可以跟踪 Fortran 顺序的索引
multi-index 每次迭代可以跟踪一种索引类型
external_loop 给出的值是具有多个值的一维数组,而不是零维数组

在下面的实例中,迭代器遍历对应于每列,并组合为一维数组。

import numpy as np
a = np.arange(0,100,5)
a = a.reshape(4,5)
print ('原始数组是:')
print (a)
print ('\n')
print ('修改后的数组是:')
for x in np.nditer(a, flags = ['external_loop'], order = 'F'):
    print (x, end=" " )

输出结果为:

原始数组是:
[[ 0 5 10 15 20]
 [25 30 35 40 45]
 [50 55 60 65 70]
 [75 80 85 90 95]]
修改后的数组是:
[ 0 25 50 75] [ 5 30 55 80] [10 35 60 85] [15 40 65 90] [20 45 70 95]

广播迭代

如果两个数组是可广播的,nditer 组合对象能够同时迭代它们。 假设数组 a 的维度为 3X4,数组 b 的维度为 1X4 ,则使用以下迭代器(数组 b 被广播到 a 的大小)。

import numpy as np
a = np.arange(0,60,5)
a = a.reshape(3,4)
print ('第一个数组为:')
print (a)
print ('\n')
print ('第二个数组为:')
b = np.array([1, 2, 3, 4], dtype = int)
print (b)
print ('\n')
print ('修改后的数组为:')
for x,y in np.nditer([a,b]):
    print ("%d:%d" % (x,y), end=" " )

输出结果为:

第一个数组为:
[[ 0 5 10 15]
 [20 25 30 35]
 [40 45 50 55]]
第二个数组为:
[1 2 3 4]
修改后的数组为:
0:1, 5:2, 10:3, 15:4, 20:1, 25:2, 30:3, 35:4, 40:1, 45:2, 50:3, 55:4,

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