8 NumPy基本操作之数组索引与切片

在上篇中，我们学习了如何创建NumPy数组，如一维数组、二维数组及更高维数组。在这篇文章中，我们将深入探讨如何对NumPy数组进行索引和切片，以有效地操作和访问数组中的数据。

1. 数组索引

数组索引是指通过指定位置来访问数组中的元素。数组的索引是从0开始的，这意味着第一个元素的索引是0，第二个元素的索引是1，以此类推。

1.1 一维数组索引

让我们先来看一个一维数组的例子：

import numpy as np

# 创建一维数组
arr = np.array([10, 20, 30, 40, 50])

我们可以通过索引来访问数组中的单个元素：

print(arr[0])  # 输出: 10
print(arr[2])  # 输出: 30

1.2 二维数组索引

对于二维数组，我们需要使用两个索引值，分别表示行和列：

# 创建二维数组
arr2d = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])

# 访问元素
print(arr2d[0, 1])  # 输出: 2
print(arr2d[2, 2])  # 输出: 9

注意：使用逗号, 分隔行和列的索引。

2. 数组切片

切片（slicing）是指访问数组的一部分。NumPy数组支持切片操作，这使得可以方便地获取数组的一个子集。

2.1 一维数组切片

让我们继续使用之前创建的一维数组，看看如何切片：

# 切片获取数组的部分元素
print(arr[1:4])  # 输出: [20 30 40]

在这个例子中，arr[1:4] 表示从索引1开始，到索引4之前（不包括索引4）的所有元素。

2.2 二维数组切片

对于二维数组，切片的语法与一维数组非常类似，但我们可以单独切片每个维度：

# 切片获取二维数组的一部分
print(arr2d[0:2, 1:3])  # 输出: [[2 3]
                          #        [5 6]]

在这个例子中，arr2d[0:2, 1:3] 提取了前两行（第0行和第1行）和第1到第2列（不包括第3列）的元素。

2.3 切片的步长

切片中还可以指定步长。步骤参数的格式为 start:end:step：

# 使用步长切片
print(arr[::2])  # 输出: [10 30 50]

在这里，arr[::2] 选择了从头到尾每隔一个元素。

3. 综合案例

结合数组索引和切片，让我们看一个综合的案例：

假设我们有一个3x3的矩阵，我们希望提取一些特定的行和列。

import numpy as np

# 创建一个3x3的矩阵
matrix = np.array([[10, 20, 30], 
                   [40, 50, 60], 
                   [70, 80, 90]])

# 提取第1行和第3行
rows = matrix[[0, 2], :]
print(rows)  # 输出: [[10 20 30]
              #        [70 80 90]]

# 提取第2列
column = matrix[:, 1]
print(column)  # 输出: [20 50 80]

# 提取子矩阵
sub_matrix = matrix[0:2, 1:3]
print(sub_matrix)  # 输出: [[20 30]
                    #        [50 60]]

在上面的例子中，我们可以看到通过使用数组的索引和切片，能够方便地选取所需的行、列和子矩阵。

结论

本章概述了如何使用NumPy进行数组索引与切片操作。通过合理使用索引和切片，我们可以便捷地访问和操作数组元素，为后续的数据处理打下良好基础。在下一篇中，我们将讨论NumPy数组的各种属性，以帮助我们更好地理解和使用NumPy库。