5.1.3　创建数组的方法

1．用array（）或asarray（）函数创建数组

可以用多种方式来定义数组，最常用的是用array（）函数或asarray（）函数。array（）函数的格式如下所示：

     array(object,dtype=None,copy=True,order='K',subok=False,ndmin=0)

各项参数的意义如下所示。

• object是数组的数据源，例如列表、元组、range（）函数等数据序列，还可以是数组。
• dtype用于指定数据类型，如果未给出，则类型由满足保存数据所需的最小内存空间的存储类型决定。
• copy设置新建数组是否是原数组的副本还是引用。当object是数组，且object的数据类型与新建数组的数据类型相同，在copy=True时，新建的数组是原数组的副本，这时新建的数组与原数组没有任何联系，改变新建数组或原数组的元素值，不会改变另一个数组的值；在copy=False时，新建数组和原数组共用内存，改变新建数组或原数组的元素值，会改变另一个的值。
• 当object是数组时，subok用于指定新建数组是否是object数组的子类。
• order用于指定数据元素在内存中的排列形式，可以取'K'（keep）、'A'（any）、'C'（C语言风格）或'F'（Fortran语言风格），'K'和'A'用于object是数组的情况。在object不是数组时，order='F'表示新建数组按照Fortran格式排列（列排列），order='C'表示新建数组按照C格式排列（行排列），如果没有设置order，默认order='C'；在object是数组时，无论copy的取值是什么，order='F'表示新建数组按照Fortran格式排列，order='C'表示新建数组按照C格式排列。在object是数组且copy= 'False'时，order='K'或'A'表示新建数组与原数组的排列形式相同；在object是数组且copy='True'时，order='K'表示原数组如果是Fortran或C排列则新建数组也是Fortran或C排列，其他情况采用最接近的方式排列，order='A'表示如果原数组是Fortran排列，则新数组是Fortran排列，其他情况是C排列。
• ndmin是可选参数，类型为int型，指定新建数组应具有的最小维数。

asarray（）函数的格式是asarray（object，dtype=None，order=None，like=None），其中like作为参考物，取值是数组，返回的数组根据like数组来定义。array（）和asarray（）都可以将序列转化为ndarray对象，区别是当参数object不是数组时，两个函数结果相同；当object是数组且新建数组与原数组的数据类型相同时，array（）在copy=True时会新建一个ndarray对象，作为原数组的副本，但是asarray（）不会新建数组，而是与object共享同一个内存，改变其中一个数组的元素值，也会同时改变另一个数组的元素值，此时asarray （object）相当于array（object，copy=False）。

下面的代码可以对比在类型相同或不同，copy=False时的差异，以及类型相同，copy= True时的差异。

2．用arange（）函数创建数组

与Python的内置函数range（）类似，NumPy的arange（）函数可以产生一系列数据，并生成一维数组。arange（）函数的格式如下：

     arange([start,]stop[,step],dtype=None,like=None)

其中，start是起始值，stop是终止值，step是步长。arange（）函数创建的数组包含起始值，但不包含终止值，start、stop和step可以取整数、浮点数和复数。start和step是可选参数，如果忽略，则start默认为0，step默认为1。

下面是用arange（）函数创建数组的一些实例。

3．用linspace（）等函数创建数组

NumPy的linspace（）函数可以在起始值和终止值之间线性取值，并返回新生成的数组。linspace（）函数的格式如下：

     linspace(start,stop,num=50,endpoint=True,retstep=False,dtype=None,axis=0)

其中，start和stop是起始值和终止值，取值可以是标量或数组、列表或元组；num是返回的数组中元素的个数，包括start；如果endpoint=True，则数组的最后一个元素是stop值，如果endpoint=False，则返回的数组不包括stop；如果retstep=True，则返回由数组和步长构成的元组；dtype指定数组的类型；axis是坐标轴，只有在start和end是数组、列表或元组时才有效。

linspace（）用等差数列创建数组，与linspace（）相似的函数有geomspace（）和logspace（）。geomspace（）创建等比数列，而logspace（）先生成等差数列，然后再把等差数列作为指数，计算指定基（base）的幂，返回由幂计算的数组。geomspace（）和logspace（）的格式如下所示：

     geomspace(start,stop,num=50,endpoint=True,dtype=None,axis=0)
logspace(start,stop,num=50,endpoint=True,base=10.0,dtype=None,axis=0)

4．用zeros（）等函数创建数组

利用NumPy提供的zeros（）、ones（）、empty（）、full（）、eye（）和identity（）函数能快速创建特殊数组。zeros（）创建元素值全部是0的数组；ones（）创建元素值全部是1的数组；empty（）创建没有初始化的数组，数值的元素值不确定；full（）创建元素值全部是指定值的数组；eye（）创建一个二维数组，在指定的对角线上的值为1，其他全部为0；identity（）创建行和列相等，主对角线上的值全部是1、其他元素全部为0的单位矩阵。这几个函数的格式如下所示：

     zeros(shape,dtype=float,order='C')
ones(shape,dtype=None,order='C')
empty(shape,dtype=float,order='C')
full(shape,fill_value,dtype=None,order='C')
eye(N,M=None,k=0,dtype=float,order='C')
identity(n,dtype=None)

其中，参数shape可以取整数或由整数构成的元组，例如shape取5表示创建含有5个元素的一维数组，shape取（3，6）表示创建二维数组，第1维的元素个数是3，第2维的元素个数是6；fill_value表示元素的初始值；order设置数组元素在内存中的排列形式，可以取'C'或'F'。对于eye（）返回形状是（N，M）的二维数组，其中N是行的数量，M是列的数量，如果忽略M，则M=N；k是对角线的索引，或相对于主对角线的偏移量，k=0是主对角线，k>0是上对角线，k<0是下对角线。对于identity（）返回形状是（n，n）的二维数组，只在主对角线上的值为1，其他全部为0。用数组的fill（value）方法可以设置数组的所有元素的值是value。

5．用zeros_like（）等函数创建数组

NumPy提供了zeros_like（）、ones_like（）、empty_like（）和full_like（）函数，这些函数返回与给定数组相同形状的数组，并进行初始化。这些函数的格式如下所示：

     zeros_like(object,dtype=None,order='K',subok=True,shape=None)
ones_like(object,dtype=None,order='K',subok=True,shape=None)
empty_like(object,dtype=None,order='K',subok=True,shape=None)
full_like(object,fill_value,dtype=None,order='K',subok=True,shape=None)

其中，object表示数组、列表或元组等；如果没有指定shape，则创建的数组的形状与a的形状相同，如果重新指定shape的值，则创建的数组的形状是shape指定的形状；order可以取'C'、'F'、'A'或'K'。

6．用fromfunction（）函数创建数组

fromfunction（）函数用指定形状的数组的下标（行、列索引值）作为实参，传递给指定的函数，通常用于绘制图形。fromfunction（）函数的格式如下，其中function是可以调用的函数名；shape指定数组的形状，数组的下标将会传递给函数。

     fromfunction(function,shape,dtype=float,**kwargs)

7．用fromfile（）方法创建数组

NumPy的fromfile（）函数可从文本文件或二进制文件中直接读取数据，返回数组。fromfile（）函数的格式如下所示：

     fromfile(file,dtype=float,count=-1,sep='',offset=0)

其中，file是路径和文件名；count表示读取的数据的数量，-1表示读取所有数据；如果文件是文本文件，sep是数据之间的分割符，空格符（''）可以匹配0和多个空格符，sep是空符（"）表示文件是二进制文件；offset是二进制文件中相对当前位置的偏移量（字节）。fromfile（）函数的返回值是一维数组，可以用数组的reshape（）方法重新调整数组的形状。

下面的代码是从data.txt文件中读取数据创建数组，data.txt文件中有两行数据，分别是1.1 2.3 4.5和2.3 4.2 7.8，数据之间用空格隔开，读取数据后用数组的reshape（）方法重新调整数组的形状。

用数组的tofile（fid， sep=''， format="%s"）方法可以将数组保存到文件中，fid是路径和文件名。

8．用fromiter（）方法创建数组

NumPy的fromiter（）函数可以从一个迭代序列中创建一维数组，其格式如下所示：

     fromiter(iterable,dtype,count=-1)

其中，iterable是迭代序列；count是读取的数据数量，默认是-1，表示读取所有数据。

9．用fromstring（）方法创建数组

用NumPy的fromstring（）方法可以从文本中创建一维数组。fromstring（）方法的格式如下所示：

     fromstring(string,dtype=float,count=-1,sep='')

其中，string是包含数据的字符串；dtype指定数组的类型；count指定读取数据的数量，默认是-1，表示读取string中的所有数据；sep指定string中数据之间的分割符。

10．网格数组

在用Matplolib绘制图像时，经常会绘制如z=f（x，y）函数的图像，即z是x和y的函数，这时，x和y都需要取一些离散值，例如x=1，2，3，4，y=2.5，3.5，4.5，这样x和y将形成12个点P₁₁～P₄₃，如图5-2所示。

要写出这12个点的坐标，可以用下面的两个矩阵X和Y分别表示这12个点的x和y坐标构成的矩阵，用X和Y对应位置上的数据即可写出P_ij点的坐标。

NumPy提供了由坐标向量换算成坐标矩阵的函数meshgrid（），它可以生成指定维数的坐标矩阵。meshgrid（）函数的格式如下所示：

     meshgrid(x1,x2,...,xn,copy=True,sparse=False,indexing='xy')

其中，xi表示一维数组、列表或元组，xi的数量决定了meshgrid（）函数返回值的维数；copy=False时返回值是对原始xi的引用，这样可以节省内存；sparse=True时，返回值是稀疏矩阵，这样也可以节省内存；indexing可以取'xy'或'ij'，'xy'表示返回值是直角坐标矩阵，'ij'表示返回值是坐标矩阵的转置矩阵。

除了用meshgrid（）函数创建网格坐标矩阵外，还可以用mgrid（）函数来创建多维坐标矩阵。mgrid（）函数的格式是mgrid[start:stop:step，start:stop:step，...]，每维的取值范围由start:stop:step来定义，如果step是实数，则不包含stop，step表示步长；如果step是复数，则包含stop，step幅值的整数部分是数据点的个数。