Python进阶学习–NumPy–np.c_ 和 np.r_ 的区别

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  在Python的数据科学库中，NumPy无疑是最受欢迎和最常用的库之一。NumPy为大型多维数组和矩阵提供了强大的支持，并包含了一系列用于操作这些数组的函数。在这篇文章中，我们将深入探讨NumPy中的两个函数：np.c_ 和 np.r_。这两个函数都用于将多个数组按列（column）或行（row）拼接在一起，但它们之间有一些微妙的差异。

一、🚀 np.c_：按列拼接

np.c_ 函数用于将多个一维或二维数组按列拼接在一起。这意味着它将数组水平地堆叠在一起。

代码示例：

import numpy as np

# 创建两个一维数组
a = np.array([1, 2, 3])
b = np.array([4, 5, 6])

# 使用 np.c_ 按列拼接
c = np.c_[a, b]

print(c)

print("*"*50)

# 创建两个二维数组
x = np.array([[1, 2], [3, 4]])
y = np.array([[5, 6], [7, 8]])

# 使用 np.c_ 按列拼接
z = np.c_[x, y]

print(z)

输出：

[[1 4]
 [2 5]
 [3 6]]
**************************************************
[[1 2 5 6]
 [3 4 7 8]]

如你所见，np.c_ 函数将数组水平地堆叠在一起，意味者如果两个数组的行数不相同，将会报错：

import numpy as np


# 创建两个二维数组
x = np.array([[1, 2, 3], [3, 4, 5], [6, 7, 8]])
print(x.shape) # (3, 3) 三行三列
y = np.array([[5, 6], [7, 8]])
print(y.shape) # (2, 2) 两行两列

# 使用 np.c_ 按列拼接
z = np.c_[x, y]

print(z)

运行报错：

ValueError: all the input array dimensions except for the concatenation axis must match exactly, but along dimension 0, the array at index 0 has size 3 and the array at index 1 has size 2

二、🚀 np.r_：按行拼接

相比之下，np.r_ 函数用于将多个一维或二维数组按行拼接在一起。这意味着它将数组垂直地堆叠在一起。

代码示例：

import numpy as np

# 创建两个一维数组
a = np.array([1, 2, 3])
b = np.array([4, 5, 6])

# 使用 np.r_ 按行拼接
c = np.r_[a, b]

print(c)

print("*"*50)

# 创建两个二维数组
x = np.array([[1, 2], [3, 4]])
y = np.array([[5, 6]])

# 使用 np.r_ 按行拼接
z = np.r_[x, y]

print(z)

输出：

[1 2 3 4 5 6]
**************************************************
[[1 2]
 [3 4]
 [5 6]]

注意，当使用 np.r_ 进行拼接时，输出数组的行数将是输入数组行数的总和。同样，如果输入数组的列数不匹配，也会出现类似的报错。

三、🎯 性能与内存考虑

  虽然 np.c_ 和 np.r_ 在功能上有所不同，但在大多数情况下，它们的性能差异并不显著。然而，当处理大型数据集时，理解这些函数的内部工作原理和潜在的内存影响是很重要的。

  由于 np.c_ 和 np.r_ 都是基于NumPy的底层函数实现的，它们通常比使用Python的内置列表拼接操作更快、更高效。这是因为NumPy能够在C语言级别上执行这些操作，从而避免了Python解释器的开销。

四、💡 使用场景分析

选择使用 np.c_ 还是 np.r_ 取决于你的具体需求。

• 如果你需要将多个数组水平地堆叠在一起（即按列拼接），那么应该使用 np.c_。
• 如果你需要将多个数组垂直地堆叠在一起（即按行拼接），那么应该使用 np.r_。

  此外，当处理多维数组时，了解数组的形状和维度是非常重要的。这将帮助你确定应该使用 np.c_ 还是 np.r_，以确保得到期望的结果。

五、🎉 总结

  np.c_ 和 np.r_ 是NumPy库中两个非常有用的函数，它们分别用于按列和按行拼接数组。虽然它们的功能相似，但它们之间的主要区别在于拼接的方向。了解这些差异并根据具体需求选择适当的函数，将帮助你更有效地处理多维数组和矩阵。

  在数据科学、机器学习和科学计算中，经常需要对数组进行各种变换和操作。np.c_ 和 np.r_ 提供了方便的方式来水平或垂直地堆叠数组，这对于数据预处理、特征工程以及构建和训练模型等任务非常有用。

六、🤝 最后

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