修改陣列形狀

在處理多維陣列資料時，會遇到改變資料結構的狀況，例如一維陣列改成三維陣列、二維陣列改成一維陣列...等，而 NumPy 提供了 reshape、flatten...等方法，可以很快速的改變陣列的排列，這篇教學將會介紹相關的用法。

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 )

修改陣列形狀的方法

NumPy 有下列幾種改變陣列形狀的方法：

reshape()

reshape() 可以將現有的陣列，轉換為特定維度的陣列，使用時必須注意特定維度的項目總數，要和原本的陣列相同，下方的例子會將一個一維陣列，轉換成 4x2 以及 2x4 的陣列。

import numpy as np

a = np.array([1,2,3,4,5,6,7,8])
b = a.reshape((4,2))
print(b)
'''
[[1 2]
[3 4]
[5 6]
[7 8]]
'''
c = a.reshape((2,4))
print(c)
'''
[[1 2 3 4]
[5 6 7 8]]
'''

如果轉換時不確定該維度要具有多少個項目，可使用「-1」代替，下方的例子會將一個 4x2 的二維陣列，變成一維陣列、2x4 陣列以及三維陣列。

import numpy as np

a = np.array([[1,2],[3,4],[5,6],[7,8]])
b = a.reshape(-1)        # 轉換成一維陣列
print(b)                 # [1 2 3 4 5 6 7 8]
c = a.reshape((2,-1))    # 等同 a.reshape((2,4))
print(c)
'''
[[1 2 3 4]
[5 6 7 8]]
'''
d = a.reshape((2,2,-1))  # 等同 a.reshape((2,2,2))
print(d)
'''
[[[1 2]
  [3 4]]    

[[5 6]
  [7 8]]]
'''

flatten()、numpy.ravel()

flatten() 和 numpy.ravel() 能將多維度的陣列，扁平化成一維陣列，可以設定 order 參數調整扁平的順序，預設為 C，表示先水平再垂直，設定為 F 表示先垂直再水平。

詳細可參考：numpy.ravel、numpy.ndarray.flatten

import numpy as np

a = np.array([[1,2],[3,4],[5,6],[7,8]])
b = a.flatten('C')    # [1 2 3 4 5 6 7 8]
c = a.flatten('F')    # [1 2 3 4 5 6 7 8]
b1 = np.ravel(a,'C')  # [1 3 5 7 2 4 6 8]
c1 = np.ravel(a,'K')  # [1 2 3 4 5 6 7 8]

除了 flatten 的方法，也可以直接使用 flat 轉換成一維陣列並取值。

import numpy as np

a = np.array([[1,2],[3,4],[5,6],[7,8]])
b = a.flat[3]
print(b)    # 4

numpy.transpose()、T

詳細可參考：numpy.transpose()、T

numpy.transpose() 和 T 可以將陣列的行與列互換，產生新的陣列。

import numpy as np

a = np.array([[1,2],[3,4]])
b = a.T
c = np.transpose(a)
print(b)
'''
[[1 3]
 [2 4]]
'''
print(c)
'''
[[1 3]
 [2 4]]
'''

numpy.rollaxis()、numpy.swapaxes()

numpy.rollaxis() 和 numpy.swapaxes() 會根據指定「軸」，將陣列項目滾動改變或交換位置，下圖為一個陣列的「軸」的示意。

詳細可參考：numpy.rollaxis、numpy.swapaxes

numpy.rollaxis 共有三個參數 arr 表示陣列，axis 表示起始的軸，start 表示滾動的特定位置。

import numpy as np

a = np.array([[1,1,1],[2,2,2],[3,3,3]])
b = np.rollaxis(a,0,0)
c = np.rollaxis(a,1,0)
print(b)
'''
[[1 1 1]
 [2 2 2]
 [3 3 3]]
'''
print(c)
'''
[[1 2 3]
 [1 2 3]
 [1 2 3]]
'''

numpy.swapaxes 共有三個參數 arr 表示陣列，axis1 是對應第一個軸的整數，axis2 是對應第二個軸的整數。

import numpy as np

a = np.array([[1,1,1],[2,2,2],[3,3,3]])
b = np.swapaxes(a,0,0)
c = np.swapaxes(a,0,1)
print(b)
'''
[[1 1 1]
 [2 2 2]
 [3 3 3]]
'''
print(c)
'''
[[1 2 3]
 [1 2 3]
 [1 2 3]]
'''

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