numpy,stack()函数理解

本文介绍了numpy的stack()函数,通过代码示例解析了如何根据axis参数改变数组的堆叠方式,从而调整维度。在二维和三维的例子中,详细解释了axis为0、1、2时的堆叠效果,帮助读者深入理解该函数的工作原理。

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参考另外一篇博客对这三个函数的详解,再加上自己的体会记录如下

1. stack()

(1)给出代码(二维的例子)

import numpy as np
a=[[1,2,3],
   [4,5,6]]
print("列表a如下:")
print(a)

print("增加一维,新维度的下标为0")
c=np.stack(a,axis=0)
print(c)

print("增加一维,新维度的下标为1")
c=np.stack(a,axis=1)
print(c)

输出:
列表a如下:
[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
增加一维,新维度下标为0
[[1 2 3]
 [4 5 6]]
增加一维,新维度下标为1
[[1 4]
 [2 5]
 [3 6]]

(2)理解

参考的那篇博客上面是用套箱子的方法理解,但是我并没有完全看明白,不知道axis的参数对应的是哪个箱子。所以我自己理解了一下。stack()函数不是增加了维度,而是改变了数组的堆叠方法,进而改变维度。

我们可以将a的行看做0维度,列看做1维度。当axis=0时,对0维度进行改变,即按行进行堆叠。当axis=1时,对1维度进行改变,即按列进行堆叠。按照这个方法可以验证输出。

(3)给出代码(三维的例子)

import numpy as np
a=[[1,2,3],
   [4,5,6]]
b=[[1,2,3],
   [4,5,6]]
c=[[1,2,3],
   [4,5,6]]
print("a=",a)
print("b=",b)
print("c=",c)

print("增加一维,新维度的下标为0")
d=np.stack((a,b,c),axis=0)
print(d)

print("增加一维,新维度的下标为1")
d=np.stack((a,b,c),axis=1)
print(d)
print("增加一维,新维度的下标为2")
d=np.stack((a,b,c),axis=2)
print(d)

输出:
('a=', [[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
('b=', [[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
('c=', [[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
增加一维,新维度的下标为0
[[[1 2 3]
  [4 5 6]]

 [[1 2 3]
  [4 5 6]]

 [[1 2 3]
  [4 5 6]]]
增加一维,新维度的下标为1
[[[1 2 3]
  [1 2 3]
  [1 2 3]]

 [[4 5 6]
  [4 5 6]
  [4 5 6]]]
增加一维,新维度的下标为2
[[[1 1 1]
  [2 2 2]
  [3 3 3]]

 [[4 4 4]
  [5 5 5]
  [6 6 6]]]

(4)理解:

如上面理解的一样,可以把元组(a,b,c)的行看做0维度,列看做1维度,每行的元素看做2维度。(注意元组(a,b,c)是在abc外再加一个括号)

当axis=0时,元组(a,b,c)的第0维是最外一层的中括号的下一层,即a元素,b元素和c元素,把他们堆叠在一起就是每个第一次的输出。

当axis=1时,元组(a,b,c)的第1维是a元素的行,b元素的行和c元素的行,即把a,b,c按行堆叠,堆叠完第一行再堆叠a,b,c的第二行。

当axis=2时,元组(a,b,c)的第2维是a元素的元素级别,b元素的元素级别,c元素的元素级别,即按元素的元素进行堆叠。

<think>嗯,用户让我介绍一下NumPystack函数。首先,我得回忆一下自己对这个函数理解stack函数是用来把组沿着新的轴堆叠起来的,对吧?那它和concatenate、vstack、hstack有什么区别呢?可能需要先解释这些区别。 然后,用户可能需要知道基本的用法,比如参和轴的选择。比如axis参的作用,不同的轴值会如何影响结果。比如axis=0的时候,堆叠后的组形状会有什么化,axis=1的时候又是怎样的。这时候可能需要举几个例子来说明。 比如,假设有两个形状相同的二组,stack之后在不同轴上的结果。比如形状(2,3)的组,当axis=0时,结果形状是(2,2,3)吗?或者是不是(2,3,2)?这个需要再确认一下。或者可能我记错了,应该举个例子来验证。比如两个形状是(2,3)的组,沿着axis=0堆叠,结果应该是(2,2,3)吗?或者可能新轴的位置不同,比如axis=0的话,新轴在最前面,所以结果形状是(2,2,3),而如果axis=1的话,就是(2,3,2)?或者相反? 这时候可能需要回忆NumPy文档中的说明。stack函数会将新轴插入到指定的位置,例如axis参决定了新轴的度位置。比如,当axis=0时,新轴是第一个度,所以两个形状为(2,3)的组堆叠后成(2,2,3)吗?或者如果输入组是(2,3),沿着axis=0堆叠,结果形状应该是(2,2,3)吗?或者比如,假设两个组形状是(3,),当沿着axis=0堆叠,结果形状是(2,3)。但stack要求所有组形状相同,所以可能需要输入组在堆叠前先调整度? 这时候可能需要具体举例。例如,两个一组a和b,形状都是(3,),stack之后沿着axis=0的话,得到形状是(2,3),如果axis=1的话,得到形状是(3,2),对吗?比如,a = [1,2,3],b = [4,5,6],stack之后axis=0得到[[1,2,3],[4,5,6]],形状(2,3),axis=1的话得到[[1,4],[2,5],[3,6]],形状(3,2)。这时候应该注意,一组堆叠时,axis=0相当于垂直堆叠成二组,而axis=1相当于水平堆叠。不过这时候可能需要说明stack和vstack、hstack的关系,比如vstack相当于在axis=0堆叠,而hstack是沿着现有的轴拼接,不需要新增轴。 然后,二组的情况,比如两个形状(2,3)的组,沿着axis=0堆叠得到形状(2,2,3),axis=1得到(2,6,3)?或者是不是沿着新轴插入后的化?比如,两个组形状是(2,3),在axis=0堆叠,新轴的位置是0,所以结果形状是(2,2,3)。例如,第一个组的元素会成为结果的第一层,第二个组成为第二层?或者可能每个组在堆叠时会增加一个度,例如原来形状是(2,3),堆叠时成(1,2,3),然后沿着axis=0拼接,所以总共有两个这样的组,结果形状是(2,2,3)。是的,这样可能更准确。 这时候可能需要举具体的例子。比如: a = [[1,2,3], [4,5,6]] b = [[7,8,9], [10,11,12]] 堆叠后,axis=0的话,结果会是: [[[1,2,3], [4,5,6]], [[7,8,9], [10,11,12]]] 形状是(2,2,3)。 而axis=1的话,沿着第二个轴堆叠,结果会是: [[[1,2,3], [7,8,9]], [[4,5,6], [10,11,12]]] 形状是(2,2,3)吗?或者是不是(2,2,3)?或者可能axis=1的时候,每个组被扩展成形状(2,1,3),然后沿axis=1拼接,得到(2,2,3)。所以不管axis是0还是1,结果形状可能都是不同的吗?或者可能我在这里弄错了? 可能这个时候需要明确,当axis参指定的是新轴的位置。例如,当axis=0,新轴是第一个度,所以每个输入组会被视为一个块,堆叠之后新的度在最前面。比如,两个形状为(2,3)的组堆叠后,在axis=0时,结果形状是(2,2,3);axis=1时,每个组在堆叠前会被扩展为(2,1,3),然后沿着原来的第二个轴(即新的第二个轴)拼接,得到形状(2,2,3)。或者可能,当axis=1时,堆叠后的形状是(2,2,3),而axis=2时是(2,3,2)。这时候可能需要举例说明不同的axis参对应的结果形状。 接下来,可能用户还需要知道应用场景,比如在机器学习中,将个样本的特征矩阵堆叠成批次,或者图像处理中将个二组堆叠成三的张量。这时候需要举一些实际应用的例子,说明stack函数的作用。 另外,需要注意stack函数和其他函数的区别。例如,concatenate函数不会增加新的度,而是沿着现有的轴拼接,所以输入组的度必须匹配,除了被拼接的轴。而stack会创建一个新的轴,因此所有输入组的形状必须完全相同,而不仅仅是某个轴以外的度相同。这可能是一个重要的点,需要强调。 比如,如果使用concatenate,两个形状为(2,3)的组可以在axis=0上拼接成(4,3),或者在axis=1上拼接成(2,6)。而stack则会新增一个轴,所以原来的形状必须相同,并且结果组的度比输入。 这时候可能需要比较stack和vstack、hstack的区别。例如,vstack相当于在axis=0上使用concatenate,而hstack在axis=1上使用concatenate,而stack则会创建一个新的轴,因此结果组的度更高。例如,np.vstack((a,b)) 的结果形状是(4,3),而np.stack((a,b), axis=0)的形状是(2,2,3)。 此外,可能需要提到dstack,它是沿着第三个轴堆叠,类似于stack在axis=2的情况,用于处理深度方向的堆叠,比如将个二图像堆叠成三的彩色图像。 然后,用户可能会在代码中使用stack时遇到错误,比如输入组形状不一致,或者axis参超出范围。这时候可能需要提醒常见错误,比如确保所有组形状相同,axis的值不超过输入组的度+1。 比如,如果输入组是一的,形状都是(3,),那么axis可以是0或1。如果axis=0,结果是(2,3);axis=1,结果是(3,2)。但是如果组是二的,比如形状(2,3),则axis可以是0、1、2。当axis=2时,结果形状是(2,3,2)。这时候需要正确说明axis的取值范围。 最后,可能需要给出一个总结,说明stack函数的主要用途,参的意义,以及使用时的注意事项,比如形状一致性的要求,axis的选择对结果的影响等。</think>NumPy的`stack`函数用于将组沿**新轴**堆叠,形成更高度的组。下面从核心功能、参说明、示例及注意事项逐步介绍: --- ### **1. 核心功能** - **作用**:将个**形状相同**的组沿指定轴(`axis`)堆叠,生成一个新度。 - **对比其他函数**: - `np.concatenate`:沿现有轴拼接,不新增度。 - `np.vstack`/`np.hstack`:垂直/水平拼接,属于`concatenate`的特例。 - `np.stack`:必须新增度,所有输入组形状需**完全一致**。 --- ### **2.说明** ```python numpy.stack(arrays, axis=0) ``` - **`arrays`**:需堆叠的组序列(如列表或元组)。 - **`axis`**:指定新轴的位置,取值范围为`0`到`N`(`N`为输入组的度)。默认`axis=0`。 --- ### **3. 示例演示** #### **示例1:一组堆叠** ```python import numpy as np a = np.array([1, 2, 3]) b = np.array([4, 5, 6]) # 沿axis=0堆叠(默认) result_0 = np.stack([a, b], axis=0) # 结果形状:(2, 3) # $$ \begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \end{bmatrix} $$ # 沿axis=1堆叠 result_1 = np.stack([a, b], axis=1) # 结果形状:(3, 2) # $$ \begin{bmatrix} 1 & 4 \\ 2 & 5 \\ 3 & 6 \end{bmatrix} $$ ``` #### **示例2:二组堆叠** ```python x = np.array([[1, 2], [3, 4]]) y = np.array([[5, 6], [7, 8]]) # 沿axis=0堆叠 result_0 = np.stack([x, y], axis=0) # 形状:(2, 2, 2) # $$ \begin{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{bmatrix} \end{bmatrix} $$ # 沿axis=2堆叠 result_2 = np.stack([x, y], axis=2) # 形状:(2, 2, 2) # $$ \begin{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & 5 \\ 2 & 6 \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} 3 & 7 \\ 4 & 8 \end{bmatrix} \end{bmatrix} $$ ``` --- ### **4. 应用场景** - **批量据处理**:将个样本的特征矩阵堆叠为批次(如深度学习中的`batch`)。 - **图像处理**:合并个二组为三张量(如RGB通道堆叠)。 --- ### **5. 注意事项** - **形状一致性**:所有输入组必须形状相同。 - **轴范围**:`axis`值不能超过输入度+1(如二组最`axis=2`)。 - **性能**:频繁堆叠小组时,建议预分配内存以提高效率。 --- ### **总结** `np.stack`通过新增度合并组,适合构建高据结构。理解`axis`参对结果的影响是关键,结合具体场景选择合适轴值。
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