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Python科学运算之结构数组

三体智子

http://www.bizhi88.com/bizhi/320045.html

聊起结构体,其实应该说说C语言的结构体~

首先接触的C 数组允许定义可存储相同类型数据项的变量,而结构是 C 编程中另一种用户自定义的可用的数据类型,它允许你存储不同类型的数据项。

最后最重要的一点是结构用于表示一条记录,因为一个记录里面有很多的子选项,比如你必有一个名字,还有相关的属性数据.

闲话不多说,先写一个结构体出来


我们先创建一个dtype对象persontype,通过其字典参数描述结构类型的各个字段。这里用字典这个数据结构无疑是最合适的.字典有两个关键字:names,formats。

每个关键字对应的值都是一个列表。

names定义结构中的每个字段名,而 formats则定义每个字段的类型: 

· S32 : 32个字节的字符串类型,由于结构中的每个元素的大小必须固定,因此需要指定字符串的长度 

· i : 32bit的整数类型,相当于np.int32 

· f : 32bit的单精度浮点数类型,相当于np.float32然后我们调用array函数创建数组,通过关键字参数 dtype=persontype, 指定所创建的数组的元素类 型为结构persontype。运行上面程序之后,我们可以在IPython中执行如下的语句查看数组a的元素类型

此为结果


这里我们看到了另外一种描述结构类型的方法:一个包含多个组元的列表,其中形如 (字段名, 类型描 述) 的组元描述了结构中的每个字段。类型描述前面为我们添加了 `|', `<' 等字符,这些字符用来描述字 段值的字节顺序:

里面就是这三种的符号


结构数组的存取方式和一般数组相同,通过下标能够取得其中的元素,注意元素的值看上去像是组元,实际上它是一个结构:


a[0]是一个结构元素,它和数组a共享内存数据,因此可以通过修改它的字段,改变原始数组中的对应字段:


a[0]是一个结构元素,它和数组a共享内存数据,因此可以通过修改它的字段,改变原始数组中的对应 字段:

结构像字典一样可以通过字符串下标获取其对应的字段值:


我们不但可以获得结构元素的某个字段,还可以直接获得结构数组的字段,它返回的是原始数组的视 图,因此可以通过修改b[0]改变a[0][''age'']:

我们可以生成一个二进制的文件

一个bin文件

打开以后是这样的

#include <stdio.h>struct person{ char name[32]; int age; float weight;};struct person p[2];void main(){ FILE *fp; int i; fp = fopen("test.bin", "rb"); fread(p, sizeof(struct person), 2, fp); fclose(fp); for (i = 0; i < 2; i++) printf("%s %d %f\n", p[i].name, p[i].age, p[i].weight); getchar();}

内存对齐 C语言的结构体为了内存寻址方便,会自动的添加一些填充用的字节,这叫做内存对齐。

例如 如果把下面的name[32]改为name[30]的话,由于内存对齐问题,在name和age中间会填补两 个字节,最终的结构体大小不会改变。

因此如果numpy中的所配置的内存大小不符合C语言的对齐规范的话,将会出现数据错位。

为了解决这个问题,在创建dtype对象时,可以传递参数 align=True,这样numpy的结构数组的内存对齐和C语言的结构体就一致了。

我们可以写一个C语言来进行对二进制数据的解码

注意,一定要构造一个存放数据的容器

这部分代码就是解码的核心程序


结构类型中可以包括其它的结构类型,下面的语句创建一个有一个字段f1的结构,f1的值是另外一个结构,它有字段f2,其类型为16bit整数


当某个字段类型为数组时,用组元的第三个参数表示,下面描述的f1字段是一个shape为(2,3)的双精度浮点数组


就是这样


用下面的字典参数也可以定义结构类型,字典的关键字结构中字段名,值为字段的类型描述,但是 由于字典的关键字是没有顺序的,因此字段的顺序需要在类型描述中给出,类型描述是一个组元,它的第二个值给出字段的字节为单位的偏移量,例如age字段的偏移量为25个字节:

https://numpy.org/doc/stable/search.html?q=dtype

对于一些具体的疑问,其实就是看官方的文档是最好的

搜索

所有的结果

可以把翻译打开看看

https://github.com/numpy/numpy/blob/v1.20.0/numpy/__init__.py

在GitHub上面是原版的文档

可以看到dtype就是一种内置的数据结构

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