深入探究numpy.dtype

一、什麼是numpy.dtype

在深入探究numpy.dtype之前，我們先來了解一下數組的概念。在NumPy庫中，數組是多維數組的容器，其中所有元素都必須具有相同的數據類型（稱為dtype）。

而在numpy中，dtype表示數據類型的對象。一個Array的dtype描述了每個元素所佔的字節數以及與數組中元素相關的其他信息，如字節順序、數據格式和存儲布局等。

通過以下代碼我們可以創建一個具有int8數據類型的numpy數組：

import numpy as np

arr = np.array([1, 2, 3], dtype='int8')
print(arr.dtype)

在這個例子中，我們創建了一個三個元素的一維數組，並指定了數據類型為int8，即每個元素佔用一個字節。

二、dtype對象的屬性

dtype對象具有一系列屬性，用於描述該對象的元素類型。以下是一些常見的屬性：

1. dtype.name

該屬性返回dtype對象的名稱字符串，如’int8’。

arr = np.array([1, 2, 3], dtype='int8')
print(arr.dtype.name)

2. dtype.shape

該屬性返回dtype對象的形狀。在不同的dtype中，該屬性的意義是不同的。對於標量類型，它的形狀為 () ；對於數組類型，它的形狀為 數組的形狀，如 (2, 3)。

arr = np.array([1, 2, 3], dtype='int8')
print(arr.dtype.shape)

3. dtype.kind

該屬性返回dtype對象的字符代碼，表示其通用種類。可選的字符代碼包括：”b”（布爾）、”i”（符號整數）、”u”（無符號整數）、”f”（浮點數）、”c”（複數浮點數）等。

arr = np.array([1, 2, 3], dtype='int8')
print(arr.dtype.kind)

4. dtype.itemsize

該屬性返回類型碼字符的長度（以字節為單位）。例如，int8類型的項目大小為1個字節，float64類型的項目大小為8個字節。

arr = np.array([1, 2, 3], dtype='int8')
print(arr.dtype.itemsize)

三、dtype的類型編碼

在NumPy中，dtype的標準類型代碼用於標識各種數據類型。以下是一些常見的標準類型代碼：

下面是幾個dtype類型編碼的例子：

# 創建一個uint16類型的數組
arr = np.zeros(3, dtype='uint16')
print(arr)

# 創建一個float32類型的數組
arr = np.ones(3, dtype='float32')
print(arr)

# 創建一個定長字符串類型的數組
arr = np.array(['hello', 'world'], dtype='S10')
print(arr)

# 創建一個Unicode字符串類型的數組
arr = np.array(['中文', 'english'], dtype='U10')
print(arr)

四、自定義dtype

除了標準類型代碼，NumPy還允許用戶創建自定義的dtype。自定義dtype可以包含複雜的數據結構，例如結構體。下面是一個自定義dtype的例子：

# 定義一個複合類型
dt = np.dtype([('name', 'S10'), ('age', 'int8'), ('gender', 'U1')])

# 創建一個數組
arr = np.array([('Tom', 18, 'M'), ('Mary', 20, 'F'), ('John', 23, 'M')], dtype=dt)

# 訪問元素
print(arr[0]['name'])
print(arr[1]['age'])
print(arr[2]['gender'])

在這個例子中，我們定義了一個複合類型，包含名字、年齡和性別三個字段，分別用10字節的字符串、1字節的整數和1個字符的Unicode字符串來表示。然後我們創建了一個由3個元素組成的數組，每個元素都是我們剛才定義的複合類型。我們可以通過訪問數組中的元素來獲取特定字段的值。