发布于2026-07-17 阅读(0)
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说白了,数组拼接就是把多个形状兼容的数组,沿着指定的轴(axis)合并成一个新数组。这个过程在数据处理中太常见了,无论是把几组实验数据堆在一起,还是给特征矩阵添加新维度,都离不开它。

axis=0代表按行拼接,也就是垂直方向堆叠;axis=1代表按列拼接,水平方向延伸。np.concatenate()是通用工具,np.vstack()(垂直拼接)、np.hstack()(水平拼接)、np.dstack()(深度拼接)则是它的“快捷方式”,语义更直观。NumPy 提供了好几套拼接函数,np.concatenate()是底层通用的那个,而vstack/hstack是它的简化版,好处是不用记axis参数。
语法长这样:
np.concatenate((arr1, arr2, ...), axis=0, out=None)
(arr1, arr2, ...):所有要拼接的数组得用元组或列表包起来,不能直接扔进去好几个数组。axis:拼接轴,默认是0。一维数组只能选axis=0,没有别的选项。out:可以指定输出数组,一般用不上。示例 1:一维数组合并(最基础)
先拿两个一维数组试试,模拟两个班级的分数:
import numpy as np
class1 = np.array([85, 92, 78, 90])
class2 = np.array([88, 76, 95, 81])
all_scores = np.concatenate((class1, class2))
print("拼接后一维数组:", all_scores) # [85 92 78 90 88 76 95 81]
print("拼接后形状:", all_scores.shape) # (8,)
示例 2:二维数组按行拼接(axis=0)
按行拼接要求所有数组的列数一致,不然会报错:
import numpy as np
arr1 = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]]) # 2行3列
arr2 = np.array([[7, 8, 9], [10, 11, 12]]) # 2行3列
arr_v = np.concatenate((arr1, arr2), axis=0)
print("按行拼接结果:\n", arr_v)
print("拼接后形状:", arr_v.shape) # (4, 3)
输出:
按行拼接结果:
[[ 1 2 3]
[ 4 5 6]
[ 7 8 9]
[10 11 12]]
拼接后形状: (4, 3)
示例 3:二维数组按列拼接(axis=1)
按列拼接则要求行数一致:
import numpy as np
arr1 = np.array([[1, 2], [3, 4]]) # 2行2列
arr2 = np.array([[5, 6], [7, 8]]) # 2行2列
arr3 = np.array([[9], [10]]) # 2行1列
arr_h = np.concatenate((arr1, arr2, arr3), axis=1)
print("按列拼接结果:\n", arr_h)
print("拼接后形状:", arr_h.shape) # (2, 5)
输出:
按列拼接结果:
[[ 1 2 5 6 9]
[ 3 4 7 8 10]]
拼接后形状: (2, 5)
如果不想记axis,NumPy提供了几个语义更清晰的函数:
| 函数 | 作用 | 等价于 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| np.vstack() | 垂直拼接(按行) | np.concatenate(..., axis=0) | 一维 / 二维数组按行堆叠 |
| np.hstack() | 水平拼接(按列) | np.concatenate(..., axis=1) | 一维 / 二维数组按列拼接 |
| np.dstack() | 深度拼接(按第三个维度) | np.concatenate(..., axis=2) | 三维数组拼接 |
示例:vstack/hstack 简化操作
import numpy as np
arr1 = np.array([[1,2],[3,4]])
arr2 = np.array([[5,6],[7,8]])
arr_v = np.vstack((arr1, arr2))
print("vstack结果:\n", arr_v) # 4行2列
arr_h = np.hstack((arr1, arr2))
print("hstack结果:\n", arr_h) # 2行4列
示例:一维数组的 hstack/vstack 特殊处理
一维数组用hstack和vstack会自动调整维度,这一点要留意:
import numpy as np
a = np.array([1,2,3]) # 形状(3,)
b = np.array([4,5,6]) # 形状(3,)
# vstack:一维数组合并为二维(按行)→ (2,3)
v_arr = np.vstack((a, b))
print("vstack一维数组:\n", v_arr)
print("形状:", v_arr.shape) # (2,3)
# hstack:一维数组合并为更长的一维 → (6,)
h_arr = np.hstack((a, b))
print("hstack一维数组:", h_arr)
print("形状:", h_arr.shape) # (6,)
按第三个维度拼接,常用于图像处理或三维数据:
import numpy as np
arr1 = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])
arr2 = np.array([[7,8,9],[10,11,12]])
d_arr = np.dstack((arr1, arr2))
print("dstack结果形状:", d_arr.shape) # (2,3,2)
print("dstack结果[0,0,:]:", d_arr[0,0,:]) # [1,7]
处理高维数组时,关键是把轴的编号搞清楚。维度编号从0开始,三维数组形状(a,b,c),轴0=a、轴1=b、轴2=c。拼接时,除了拼接轴,其他维度大小必须一致,这个铁律不会变。
import numpy as np
arr1 = np.arange(24).reshape(2,3,4)
arr2 = np.arange(24,48).reshape(2,3,4)
# 按轴0拼接 → 形状(4,3,4)
concat0 = np.concatenate((arr1, arr2), axis=0)
print("按轴0拼接形状:", concat0.shape) # (4,3,4)
# 按轴1拼接 → 形状(2,6,4)
concat1 = np.concatenate((arr1, arr2), axis=1)
print("按轴1拼接形状:", concat1.shape) # (2,6,4)
# 按轴2拼接 → 形状(2,3,8)
concat2 = np.concatenate((arr1, arr2), axis=2)
print("按轴2拼接形状:", concat2.shape) # (2,3,8)
拼接失败,十有八九是因为形状不兼容。记住这一条铁律就够了:
除拼接轴外,其他所有维度的大小必须完全一致。
import numpy as np
# 错误1:按行拼接但列数不同
arr1 = np.array([[1,2],[3,4]]) # 2行2列
arr2 = np.array([[5,6,7],[8,9,10]]) # 2行3列
try:
np.concatenate((arr1, arr2), axis=0)
except ValueError as e:
print("报错1:", e)
# 错误2:按列拼接但行数不同
arr3 = np.array([[1,2],[3,4]]) # 2行2列
arr4 = np.array([[5,6]]) # 1行2列
try:
np.concatenate((arr3, arr4), axis=1)
except ValueError as e:
print("报错2:", e)
当形状不匹配时,可以通过reshape或np.expand_dims来手动调整:
import numpy as np
arr3 = np.array([[1,2],[3,4]])
arr4 = np.array([[5,6]])
# 方法1:给arr4添加一行
arr4_exp = np.vstack((arr4, [[0,0]]))
concat_ok = np.concatenate((arr3, arr4_exp), axis=1)
print("调整后拼接结果:\n", concat_ok)
# 方法2:扩展维度
a = np.array([1,2,3]) # (3,)
b = np.array([[4,5,6]]) # (1,3)
a_2d = np.expand_dims(a, axis=0) # (1,3)
concat_a_b = np.concatenate((a_2d, b), axis=0)
print("一维转二维后拼接:\n", concat_a_b)
假设有三组特征数据,每组10个样本、5个特征,要合并成一个30个样本的数据集:
import numpy as np
feat1 = np.random.rand(10,5)
feat2 = np.random.rand(10,5)
feat3 = np.random.rand(10,5)
all_feat = np.concatenate((feat1, feat2, feat3), axis=0)
print("合并后数据集形状:", all_feat.shape) # (30,5)
# 再添加一个新特征列
new_feat = np.random.rand(30,1)
all_feat_new = np.hstack((all_feat, new_feat))
print("添加新特征后形状:", all_feat_new.shape) # (30,6)
模拟3月和4月的温度数据(各31天×24小时和30天×24小时),合并成春季温度数据:
import numpy as np
march_temp = np.random.normal(5,6,(31,24)).round(1)
april_temp = np.random.normal(15,5,(30,24)).round(1)
spring_temp = np.vstack((march_temp, april_temp))
print("春季温度数据形状:", spring_temp.shape) # (61,24)
生成10个一维数组,每个数组包含5个元素,然后一次性拼起来:
import numpy as np
arr_list = [np.random.randint(0,10,5) for _ in range(10)]
all_arr = np.concatenate(arr_list, axis=0)
print("批量拼接后形状:", all_arr.shape) # (50,)
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