建立陣列

在 NumPy 裡，大部分的操作都是使用 ndarray 來完成，ndarray 是一個快速的且可以節省空間的多維度陣列物件，這篇教學會介紹使用 NumPy 快速建立多維陣列 ndarray。

本篇使用的 Python 版本為 3.7.12，所有範例可使用 Google Colab 實作，不用安裝任何軟體 ( 參考：使用 Google Colab )

建立陣列的方法

NumPy 有下列幾種建立陣列 ndarray 的方法：

numpy.array()

numpy.array() 可以根據現有的串列資料建立陣列，下方的例子會建立一維、二維與三維陣列。

import numpy as np

a = np.array([1,2,3,4])                      # 建立一維陣列
b = np.array([[1,2],[3,4]])                  # 建立二維陣列
c = np.array([[[1,2],[3,4]],[[5,6],[7,8]]])  # 建立三維陣列
print(a)
print(b)
print(c)

建立陣列時，設定 ndmin 的數值，可以指定最小維度，下方的例子原本是一維的串列資料，加上 ndmin 的參數後，就會被轉換成三維陣列。

import numpy as np

a = np.array([1,2,3,4], ndmin=3)
print(a)    # [[[1 2 3 4]]]  注意有三層括號，是三維陣列

建立陣列時，設定 dtype 的型態，可以將原本串列的資料轉換成指定的型態，下方的例子會將原本數字的串列，轉換成文字內容的陣列。

import numpy as np

a = np.array([1,2,3,4], dtype='U')   # 轉換成 unicode 字串的格式
b = np.array([1,2,3,4], dtype='S')   # 轉換成二進位字串
print(a)   # ['1' '2' '3' '4']
print(b)   # [b'1' b'2' b'3' b'4']

numpy.empty()

numpy.empty() 可以建立指定大小的空陣列，空陣列的意思並非內容全空，而是會以隨機數的方式放置項目 ( 操作時再將其置換 )。

import numpy as np

a = np.empty(2)        # 建立一維空陣列
b = np.empty([2,2])    # 建立二維空陣列
c = np.empty([2,2,2])  # 建立三維空陣列
print(a)
print(b)
print(c)

numpy.zeros()

numpy.zeros() 可以建立每個項目數值為 0 的陣列。

import numpy as np

a = np.zeros(2)        # 建立一維 zero 陣列
b = np.zeros([2,2])    # 建立二維 zero 陣列
c = np.zeros([2,2,2])  # 建立三維 zero 陣列
print(a)
print(b)
print(c)

numpy.ones()

numpy.ones() 可以建立每個項目數值為 1 的陣列。

import numpy as np

a = np.ones(2)        # 建立一維 one 陣列
b = np.ones([2,2])    # 建立二維 one 陣列
c = np.ones([2,2,2])  # 建立三維 one 陣列
print(a)
print(b)
print(c)

numpy.eye()

numpy.eye() 可以建立對角線項目為 1，其他項目為 0 的陣列。

import numpy as np

print(np.eye(3))     # 建立 3x3 陣列，對角線起始點為 0
print(np.eye(3,5))   # 建立 3x5 陣列，對角線起始點為 0
print(np.eye(3,5,2)) # 建立 3x3 陣列，對角線起始點為 2

numpy.tile()

numpy.tile() 會複製現有的陣列的內容，依據新的維度建立新陣列。

a = np.array([1,2,3])
b = np.tile(a, 5)       # [1,2,3] 重複 5 次變成一維陣列
c = np.tile(a, (5, 2))  # [1,2,3] 重複放入 5x2 的陣列中
print(b)
print(c)

numpy.arange()

numpy.arange() 可以建立兩個數值間，指定「間距」的「等差」連續資料的陣列，支援小數點的間隔 ( 設定 dtype 可指定資料型態 )。

import numpy as np

a = np.arange(10)        # 建立 1～10，間隔為 1 的陣列
b = np.arange(5,10)      # 建立 5～10，間隔為 1 的陣列
c = np.arange(5,10,0.1)  # 建立 5～10，間隔為 0.1 的陣列
d = np.arange(5,10,dtype='float')  # 建立 5～10，間隔為 1 的浮點數陣列
print(a)
print(b)
print(c)
print(d)

numpy.linspace()

numpy.linspace() 可以建立兩個數值間，指定「數量」的「等差」連續資料陣列，( 額外設定 endpoint False 表示不包含最後一個數字、設定 dtype 可指定資料型態 )。

import numpy as np

a = np.linspace(5, 10, 10)        # 建立 5～10，內容有 10 個項目的陣列
b = np.linspace(5, 10, 10, endpoint=False)  # 建立 5～9，內容有 10 個項目的陣列
c = np.linspace(5, 10, 10, dtype='int')       # 建立 5～10，內容有 10 個「整數」項目的陣列
print(a)
print(b)
print(c)

numpy.logspace()

numpy.logspace() 可以建立兩個數值間，指定「數量」的「log 對數」連續資料陣列，( 額外設定 endpoint False 表示不包含最後一個數字、設定 dtype 可指定資料型態 )。

import numpy as np

a = np.logspace(0, 1, 10)
b = np.logspace(0, 1, 10, False)
print(a)
print(b)

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