numpy最值、求和的实现

网上已经有很多对于这几个函数的讲解资料，但总感觉讲得有些乱，特别是对于高维数组，如果指定了某个轴，就会变得很复杂。这篇文章根据”拆分“原理，对numpy数据的这几个函数进行简单而又详细地讲解。

拆分原理：指定哪个轴，就对哪个轴进行拆分，以得到多个数组，然后对这些数组进行对应元素操作。即
假设三维numpy数组array1的shape为(c, m, n)，其中axis=0对应“c”，axis=1对应“m”，axis=2对应“n”。
若指定轴0（axis = 0），则对轴0进行拆分，得到c个shape为(m, n)的ndarray：array1[0, :, :]、array1[1, :, :]、… 、array1[c-1, :, :]，然后对array1[0, :, :]、array1[1, :, :]、… 、array1[c-1, :, :]进行对应元素操作，得到输出结果，其shape为(m, n)。其他轴类似。

如果您还没明白，请继续往下看。

最大值

np.max()、np.argmax()、np.maximum()和np.min()、np.argmin()、np.minimum()一一对应，前一组与”最大“有关，后一组与”最小“有关，所以这里只讲”最大“

np.max()

函数形式

np.max(array, axis=None, out=None, keepdims=False)

ndarray的形状是从左往右的，即由外往里计算，这和list是一样。
keepdims默认为False，如果keepdims=True，则输出的ndarray与原nadarray具有相同的形状。

一维ndarray

import numpy as np

array1 = np.array([1, 3, 2, 8, 5])
print(array1)
print(np.max(array1))  # 返回array1的最大值
print(np.max(array1, axis=0))  # 指定0轴（即array1本身，输出结果一样）

输出结果：

[1 3 2 8 5]

二维ndarray

假设二维numpy数组array1的shape为(3, 4)，其中axis=0对应“3”，axis=1对应“4”

（1）指定轴0：axis=0

np.max(array1, axis=0)的意思就是：按第一个维度（即，行）对array1进行拆分，得到array1[0, :]、array1[1, :]、array1[2, :]，然后对array1[0, :]、array1[1, :]、array1[2, :]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者，构成新的ndarray。

array1 = np.reshape(list(range(12)), (3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[0, :] =', array1[0, :])
print('array1[1, :] =', array1[1, :])
print('array1[2, :] =', array1[2, :])
print('np.max(array1, axis=0)=', np.max(array1, axis=0))

输出结果：

array1= [[0  1  2  3]
         [4  5  6  7]
         [8  9 10 11]]
array1[0, :] = [0 1 2 3]
array1[1, :] = [4 5 6 7]
array1[2, :] = [8 9 10 11]
np.max(array1, axis=0) = [8 9 10 11]

（2）指定轴1：axis=1

np.max(array1, axis=1)的意思就是：按第二个维度（即，列）对array1进行拆分，得到array1[:, 0]、array1[:, 1]、array1[:, 2]、array1[:, 3]，然后对array1[:, 0]、array1[:, 1]、array1[:, 2]、array1[:, 3]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者，构成新的ndarray。

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(12)), (3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[:, 0] =', array1[:, 0])
print('array1[:, 1] =', array1[:, 1])
print('array1[:, 2] =', array1[:, 2])
print('array1[:, 3] =', array1[:, 3])
print('np.max(array1, axis=1) =', np.max(array1, axis=1))

输出结果：

array1 = [[0  1  2  3]
          [4  5  6  7]
          [8  9 10 11]]
array1[:, 0] = [0 4 8]
array1[:, 1] = [1 5 9]
array1[:, 2] = [2 6 10]
array1[:, 3] = [3 7 11]
np.max(array1, axis=1) = [3 7 11]

三维ndarray

假设三维numpy数组array1的shape为(2, 3, 4)，其中axis=0对应“2”，axis=1对应“3”，axis=2对应“4”。

（1）指定轴0：axis=0

np.max(array1, axis=0)的意思就是：按第一个维度对array1进行拆分，得到array1[0, :, :]、array1[1, :, :]，然后对array1[0, :, :]、array1[1, :, :]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者，构成新的ndarray。

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(24)), (2, 3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[0, :, :] =', array1[0, :, :])
print('array1[1, :, :] =', array1[1, :, :])
print('np.max(array1, axis=0) =', np.max(array1, axis=0))

输出结果：

array1 = [[[0  1  2  3]
           [4  5  6  7]
           [8  9 10 11]]

          [[12 13 14 15]
           [16 17 18 19]
           [20 21 22 23]]]
array1[0, :, :] = [[0  1  2  3]
                   [4  5  6  7]
                   [8  9 10 11]]
array1[1, :, :] = [[12 13 14 15]
                   [16 17 18 19]
                   [20 21 22 23]]
np.max(array1, axis=0) = [[12 13 14 15]
                          [16 17 18 19]
                          [20 21 22 23]]

（2）指定轴1：axis=1

np.max(array1, axis=1)的意思就是：按第二个维度对array1进行拆分，得到array1[:, 0, :]、array1[:, 1, :]、array1[:, 2, :]，然后对array1[:, 0, :]、array1[:, 1, :]、array1[:, 2, :]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者，构成新的ndarray。

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(24)), (2, 3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[:, 0, :] =', array1[:, 0, :])
print('array1[:, 1, :] =', array1[:, 1, :])
print('array1[:, 2, :] =', array1[:, 2, :])
print('np.max(array1, axis=1) =', np.max(array1, axis=1))

输出结果：

array1 = [[[0  1  2  3]
           [4  5  6  7]
           [8  9 10 11]]

          [[12 13 14 15]
           [16 17 18 19]
           [20 21 22 23]]]
array1[:, 0, :] = [[ 0  1  2  3]
                   [12 13 14 15]]
array1[:, 1, :] = [[ 4  5  6  7]
                   [16 17 18 19]]
array1[:, 2, :] = [[ 8  9 10 11]
                   [20 21 22 23]]
np.max(array1, axis=1) = [[ 8  9 10 11]
                          [20 21 22 23]]

（3）指定轴2：axis=2
np.max(array1, axis=2)的意思就是：按第三个维度对array1进行拆分，得到array1[:, :, 0]、array1[:, :, 1]、array1[:, :, 2]、array1[:, :, 3]，然后对array1[:, :, 0]、array1[:, :, 1]、array1[:, :, 2]、array1[:, :, 3]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者，构成新的ndarray。

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(24)), (2, 3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[:, :, 0] =', array1[:, :, 0])
print('array1[:, :, 1] =', array1[:, :, 1])
print('array1[:, :, 2] =', array1[:, :, 2])
print('array1[:, :, 3] =', array1[:, :, 3])
print('np.max(array1, axis=2) =', np.max(array1, axis=2))

输出结果：

array1 = [[[0  1  2  3]
            [4  5  6  7]
           [8  9 10 11]]

           [[12 13 14 15]
           [16 17 18 19]
           [20 21 22 23]]]
array1[:, :, 0] = [[ 0  4  8]
                   [12 16 20]]
array1[:, :, 1] = [[ 1  5  9]
                   [13 17 21]]
array1[:, :, 2] = [[ 2  6 10]
                   [14 18 22]]
array1[:, :, 3] = [[ 3  7 11]
                   [15 19 23]]
np.max(array1, axis=2) = [[ 3  7 11]
                          [15 19 23]]

np.argmax()

np.argmax()与np.max()类似：np.max()返回指定轴的最大值，而np.argmax()返回指定轴的最大值对应的索引，指定哪个轴，就按哪个轴进行拆分。

一维ndarray

import numpy as np

array1 = np.array([1, 3, 2, 8, 5])
print(array1)
print(np.argmax(array1))  # 返回array1的最大值对应的索引
print(np.argmax(array1, axis=0))  # 指定0轴（即array1本身，输出结果一样）

输出结果：

[1 3 2 8 5]
3
3

二维ndarray

假设二维numpy数组array1的shape为(3, 4)，其中axis=0对应“3”，axis=1对应“4”
（1）指定轴0：axis=0
np.argmax(array1, axis=0)的意思就是：按第一个维度（即，行）对array1进行拆分，得到array1[0, :]、array1[1, :]、array1[2, :]，然后对array1[0, :]、array1[1, :]、array1[2, :]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者所在的数组的索引（即，若某一对应元素的最大值在array1[0, :]，则返回索引0,；若某一对应元素的最大值在array1[1, :]，则返回索引1；依此类推），构成新的ndarray。

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(12)), (3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[0, :] =', array1[0, :])
print('array1[1, :] =', array1[1, :])
print('array1[2, :] =', array1[2, :])
print('np.max(array1, axis=0)=', np.max(array1, axis=0))

输出结果：

array1= [[0  1  2  3]
         [4  5  6  7]
         [8  9 10 11]]
array1[0, :] = [0 1 2 3]
array1[1, :] = [4 5 6 7]
array1[2, :] = [8 9 10 11]
np.argmax(array1, axis=0)= [2 2 2 2]

（2）指定轴1：axis=1
np.arg(array1, axis=1)的意思就是：按第二个维度（即，列）对array1进行拆分，得到array1[:, 0]、array1[:, 1]、array1[:, 2]、array1[:, 3]，然后对array1[:, 0]、array1[:, 1]、array1[:, 2]、array1[:, 3]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者所在的数组的索引（即，若某一对应元素的最大值在array1[:, 0]，则返回索引0,；若某一对应元素的最大值在array1[:, 1]，则返回索引1；依此类推），构成新的ndarray。

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(12)), (3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[:, 0] =', array1[:, 0])
print('array1[:, 1] =', array1[:, 1])
print('array1[:, 2] =', array1[:, 2])
print('array1[:, 3] =', array1[:, 3])
print('np.argmax(array1, axis=1) =', np.argmax(array1, axis=1))

输出结果：

array1 = [[0  1  2  3]
          [4  5  6  7]
          [8  9 10 11]]
array1[:, 0] = [0 4 8]
array1[:, 1] = [1 5 9]
array1[:, 2] = [2 6 10]
array1[:, 3] = [3 7 11]
np.argmax(array1, axis=1) = [3 3 3]

（3）没有指定任何轴

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(12)), (3, 4))
array1[2, 3] = 1
print('array1 =', array1)
print('np.argmax(array1) =', np.argmax(array1))

输出结果：

array1 = [[ 0  1  2  3]
          [ 4  5  6  7]
          [ 8  9 10  1]]
np.argmax(array1) = 10

由于Numpy是按维度大小的顺序由最底层开始存储的，所以m × n m \times nm×n 的ndarray最大值的索引是：(np.argmax(array1) // n, np.argmax(array1) % n)。

三维ndarray

假设三维numpy数组array1的shape为(2, 3, 4)，其中axis=0对应“2”，axis=1对应“3”，axis=2对应“4”。

（1）指定轴0：axis=0

np.argmax(array1, axis=0)的意思就是：按第一个维度对array1进行拆分，得到array1[0, :, :]、array1[1, :, :]，然后对array1[0, :, :]、array1[1, :, :]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者所在的数组的索引（即，若某一对应元素的最大值在array1[0, :, :]，则返回索引0,；若某一对应元素的最大值在[1, :, :]，则返回索引1；依此类推），构成新的ndarray。
import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(24)), (2, 3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[0, :, :] =', array1[0, :, :])
print('array1[1, :, :] =', array1[1, :, :])
print('np.argmax(array1, axis=0) =', np.argmax(array1, axis=0))

输出结果：

array1 = [[[0  1  2  3]
           [4  5  6  7]
           [8  9 10 11]]

          [[12 13 14 15]
           [16 17 18 19]
           [20 21 22 23]]]
array1[0, :, :] = [[0  1  2  3]
                   [4  5  6  7]
                   [8  9 10 11]]
array1[1, :, :] = [[12 13 14 15]
                   [16 17 18 19]
                   [20 21 22 23]]
np.argmax(array1, axis=0) = [[1 1 1 1]
                              [1 1 1 1]
                              [1 1 1 1]]

（2）指定轴1：axis=1
np.argmax(array1, axis=1)的意思就是：按第二个维度对array1进行拆分，得到array1[:, 0, :]、array1[:, 1, :]、array1[:, 2, :]，然后对array1[:, 0, :]、array1[:, 1, :]、array1[:, 2, :]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者所在的数组的索引（即，若某一对应元素的最大值在array1array1[:, 0, :]，则返回索引0,；若某一对应元素的最大值在[:, 1, :]，则返回索引1；依此类推），构成新的ndarray。

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(24)), (2, 3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[:, 0, :] =', array1[:, 0, :])
print('array1[:, 1, :] =', array1[:, 1, :])
print('array1[:, 2, :] =', array1[:, 2, :])
print('np.argmax(array1, axis=1) =', np.argmax(array1, axis=1))

输出结果：

array1 = [[[0  1  2  3]
           [4  5  6  7]
           [8  9 10 11]]

          [[12 13 14 15]
           [16 17 18 19]
           [20 21 22 23]]]
array1[:, 0, :] = [[ 0  1  2  3]
                   [12 13 14 15]]
array1[:, 1, :] = [[ 4  5  6  7]
                   [16 17 18 19]]
array1[:, 2, :] = [[ 8  9 10 11]
                   [20 21 22 23]]
np.argmax(array1, axis=1) = [[2 2 2 2]
                                [2 2 2 2]]

（3）指定轴2：axis=2
np.argmax(array1, axis=2)的意思就是：按第三个维度对array1进行拆分，得到array1[:, :, 0]、array1[:, :, 1]、array1[:, :, 2]、array1[:, :, 3]，然后对array1[:, :, 0]、array1[:, :, 1]、array1[:, :, 2]、array1[:, :, 3]的对应元素进行逐位比较，并取其最大者所在的数组的索引（即，若某一对应元素的最大值在array1array1[:, :, 0]，则返回索引0,；若某一对应元素的最大值在[:, :, 1]，则返回索引1；依此类推），构成新的ndarray。

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(24)), (2, 3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[:, :, 0] =', array1[:, :, 0])
print('array1[:, :, 1] =', array1[:, :, 1])
print('array1[:, :, 2] =', array1[:, :, 2])
print('array1[:, :, 3] =', array1[:, :, 3])
print('np.argmax(array1, axis=2) =', np.argmax(array1, axis=2))

输出结果：

array1 = [[[0  1  2  3]
            [4  5  6  7]
           [8  9 10 11]]

           [[12 13 14 15]
           [16 17 18 19]
           [20 21 22 23]]]
array1[:, :, 0] = [[ 0  4  8]
                   [12 16 20]]
array1[:, :, 1] = [[ 1  5  9]
                   [13 17 21]]
array1[:, :, 2] = [[ 2  6 10]
                   [14 18 22]]
array1[:, :, 3] = [[ 3  7 11]
                   [15 19 23]]
np.argmax(array1, axis=2) = [[3 3 3]
                             [3 3 3]]

np.maximum()

np.maximum(array1, array2)：逐位比较array1和array2，并输出两者的最大值。

如果array1和array2的形状相同，则输出结果的形状与array1和array2的形状相同。
如果array1和array2的形状不同（允许只有一个维度不同），则会用到numpy的broadcast机制。
如果用于比较的ndarray有一个是标量，则另一个ndarray可以是任何形状，这同样用到了broadcast机制

import numpy as np

array1 = np.array([[2, 5, 8], [3, 4, 6]])
array2 = np.array([[3, 4, 9], [2, 1, 6]])
array3 = np.array([1, 6, 7])
print('array1 =', array1)
print('array2 =', array2)
print('array3 =', array3)
print('np.maximum(array1, array2) =', np.maximum(array1, array2))
print('np.maximum(array1, array3) =', np.maximum(array1, array3))  # numpy的broadcast机制
print('np.maximum(array1, 4) =', np.maximum(array1, 4))  # numpy的broadcast机制

输出结果：

array1 = [[2 5 8]
          [3 4 6]]
array2 = [[3 4 9]
          [2 1 6]]
array3 = [1 6 7]
np.maximum(array1, array2) = [[3 5 9]
                              [3 4 6]]
np.maximum(array1, array3) = [[2 6 8]
                              [3 6 7]]
np.maximum(array1, 4) = [[4 5 8]
                          [4 4 6]]

求和

np.sum

一维ndarray

对所有元素求和（无论多少维的ndarray，只要没有指定axis，就表示对所有元素进行求和）。
import numpy as np

array1 = np.array([1, 3, 2, 8, 5])
print(array1)
print(np.sum(array1))  # 返回对array1的所有元素进行求和
print(np.sum(array1, axis=0))  # 指定0轴（即array1本身，输出结果一样）

二维ndarray

假设二维numpy数组array1的shape为(3, 4)，其中axis=0对应“3”，axis=1对应“4”
（1）指定轴0：axis=0
np.sum(array1, axis=0)的意思就是：按第一个维度（即，行）对array1进行拆分，得到array1[0, :]、array1[1, :]、array1[2, :]，然后对array1[0, :]、array1[1, :]、array1[2, :]的对应元素进行逐位相加，构成新的ndarray。即
np.sum(array1, axis=0) = array1[0, :] + array1[1, :] + array1[2, :]

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(12)), (3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[0, :] =', array1[0, :])
print('array1[1, :] =', array1[1, :])
print('array1[2, :] =', array1[2, :])
print('np.sum(array1, axis=0)=', np.sum(array1, axis=0))

输出结果：

array1= [[0  1  2  3]
         [4  5  6  7]
         [8  9 10 11]]
array1[0, :] = [0 1 2 3]
array1[1, :] = [4 5 6 7]
array1[2, :] = [8 9 10 11]
np.sum(array1, axis=0)= [12 15 18 21]

（2）指定轴1：axis=1
np.sum(array1, axis=1)的意思就是：按第二个维度（即，列）对array1进行拆分，得到array1[:, 0]、array1[:, 1]、array1[:, 2]、array1[:, 3]，然后对array1[:, 0]、array1[:, 1]、array1[:, 2]、array1[:, 3]的对应元素进行逐位相加，构成新的ndarray。即
np.sum(array1, axis=1) = array1[:, 0] + array1[:, 1] + array1[:, 2] + array1[:, 3]

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(12)), (3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[:, 0] =', array1[:, 0])
print('array1[:, 1] =', array1[:, 1])
print('array1[:, 2] =', array1[:, 2])
print('array1[:, 3] =', array1[:, 3])
print('np.sum(array1, axis=1) =', np.sum(array1, axis=1))

输出结果：

array1 = [[0  1  2  3]
          [4  5  6  7]
          [8  9 10 11]]
array1[:, 0] = [0 4 8]
array1[:, 1] = [1 5 9]
array1[:, 2] = [2 6 10]
array1[:, 3] = [3 7 11]
np.sum(array1, axis=1) = [6 22 38]

三维ndarray

假设三维numpy数组array1的shape为(2, 3, 4)，其中axis=0对应“2”，axis=1对应“3”，axis=2对应“4”。
（1）指定轴0：axis=0
np.sum(array1, axis=0)的意思就是：按第一个维度对array1进行拆分，得到array1[0, :, :]、array1[1, :, :]，然后对array1[0, :, :]、array1[1, :, :]的对应元素进行逐位相加，构成新的ndarray，即
np.sum(array1, axis=0) = array1[0, :, :] + array1[1, :, :]

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(24)), (2, 3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[0, :, :] =', array1[0, :, :])
print('array1[1, :, :] =', array1[1, :, :])
print('np.sum(array1, axis=0) =', np.sum(array1, axis=0))

输出结果：

array1 = [[[0  1  2  3]
           [4  5  6  7]
           [8  9 10 11]]

          [[12 13 14 15]
           [16 17 18 19]
           [20 21 22 23]]]
array1[0, :, :] = [[0  1  2  3]
                   [4  5  6  7]
                   [8  9 10 11]]
array1[1, :, :] = [[12 13 14 15]
                   [16 17 18 19]
                   [20 21 22 23]]
np.sum(array1, axis=0) = [[12 14 16 18]
                          [20 22 24 26]
                          [28 30 32 34]]

（2）指定轴1：axis=1
npsum(array1, axis=1)的意思就是：按第二个维度对array1进行拆分，得到array1[:, 0, :]、array1[:, 1, :]、array1[:, 2, :]，然后对array1[:, 0, :]、array1[:, 1, :]、array1[:, 2, :]的对应元素进行逐位相加，构成新的ndarray，即
np.sum(array1, axis=1) = array1[:, 0, :] + array1[:, 1, :] + array1[:, 2, :]

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(24)), (2, 3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[:, 0, :] =', array1[:, 0, :])
print('array1[:, 1, :] =', array1[:, 1, :])
print('array1[:, 2, :] =', array1[:, 2, :])
print('np.sum(array1, axis=1) =', np.sum(array1, axis=1))

输出结果：

array1 = [[[0  1  2  3]
           [4  5  6  7]
           [8  9 10 11]]

          [[12 13 14 15]
           [16 17 18 19]
           [20 21 22 23]]]
array1[:, 0, :] = [[ 0  1  2  3]
                   [12 13 14 15]]
array1[:, 1, :] = [[ 4  5  6  7]
                   [16 17 18 19]]
array1[:, 2, :] = [[ 8  9 10 11]
                   [20 21 22 23]]
np.sum(array1, axis=1) = [[12 15 18 21]
                           [48 51 54 57]]

（3）指定轴2：axis=2
np.sum(array1, axis=2)的意思就是：按第三个维度对array1进行拆分，得到array1[:, :, 0]、array1[:, :, 1]、array1[:, :, 2]、array1[:, :, 3]，然后对array1[:, :, 0]、array1[:, :, 1]、array1[:, :, 2]、array1[:, :, 3]的对应元素进行逐位相加，构成新的ndarray，即
np.sum(array1, axis=2) = array1[:, :, 0] + array1[:, :, 1] + array1[:, :, 2] + array1[:, :, 3]

import numpy as np

array1 = np.reshape(list(range(24)), (2, 3, 4))
print('array1 =', array1)
print('array1[:, :, 0] =', array1[:, :, 0])
print('array1[:, :, 1] =', array1[:, :, 1])
print('array1[:, :, 2] =', array1[:, :, 2])
print('array1[:, :, 3] =', array1[:, :, 3])
print('np.sum(array1, axis=2) =', np.sum(array1, axis=2))

输出结果：

array1 = [[[0  1  2  3]
            [4  5  6  7]
           [8  9 10 11]]

           [[12 13 14 15]
           [16 17 18 19]
           [20 21 22 23]]]
array1[:, :, 0] = [[ 0  4  8]
                   [12 16 20]]
array1[:, :, 1] = [[ 1  5  9]
                   [13 17 21]]
array1[:, :, 2] = [[ 2  6 10]
                   [14 18 22]]
array1[:, :, 3] = [[ 3  7 11]
                   [15 19 23]]
np.sum(array1, axis=2) = [[ 6 22 38]
                          [54 70 86]]

到此这篇关于numpy最值、求和的实现的文章就介绍到这了,更多相关numpy最值、求和内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！