numpy中np.sort函數返回索引的使用方法

本文將會提供關於使用numpy中np.sort函數返回索引的詳細解釋和使用方法

一、np.sort函數返回索引的基本語法

numpy中的np.sort函數可以將數組按照從小到大的順序進行排序，並且可以通過指定axis參數指定排序的維度，如果指定axis=None，則會將整個數組展平後排序。這裡我們主要討論np.sort函數的返回值，也就是返回的排序後元素的原下標，返回的類型是ndarray，數據類型是int。

import numpy as np

a = np.array([3, 1, 2])
print(np.sort(a))           # 輸出 [1, 2, 3]
print(np.argsort(a))        # 輸出 [1, 2, 0]
print(a[np.argsort(a)])    # 輸出 [1, 2, 3]

在上面的例子中，我們定義了一個一維數組a = [3, 1, 2]。通過np.sort函數對a進行排序，輸出的結果是[1, 2, 3]。通過調用np.argsort函數，我們可以得到排序後的每個元素對應的原下標，即[1, 2, 0]。這個數組的意義是第一個元素1在原數組中的下標是1，第二個元素2在原數組中的下標是2，第三個元素3在原數組中的下標是0。接著我們通過數組下標操作，可以得到排好序的數組a。

二、np.sort函數返回索引的特殊用法

在有些情況下，我們需要按照某個方向的順序對多維數組進行排序，比如對一個2維數組按照每行的最大值排序。這時候我們可以通過指定axis參數來控制排序維度。但是np.sort函數返回的是經過展平後的下標數組，我們需要重新構造原數組。

import numpy as np

a = np.array([[3, 1], [2, 0]])
print(np.argsort(a, axis=1))    # 輸出 [[1, 0], [1, 0]]
print(np.unravel_index(np.argsort(a, axis=None), a.shape))    # 輸出 (array([1, 0, 0, 1]), array([0, 1, 0, 1]))
print(a[np.unravel_index(np.argsort(a, axis=None), a.shape)])    # 輸出 [0, 1, 2, 3]

# 對每行進行排序
print(a[np.arange(a.shape[0])[:, None], np.argsort(a, axis=1)])
# 輸出 [[1 3]
#      [0 2]]

在上面的例子中，我們定義了一個2維數組a = [[3, 1], [2, 0]]。通過np.argsort函數指定axis=1，表示按照行的方向進行排序，輸出的結果是[[1, 0], [1, 0]]。我們需要使用np.unravel_index函數把一維的下標數組轉化成原數組的下標形式，即輸出(重複兩遍是因為a是2維的)：(array([1, 0, 0, 1]), array([0, 1, 0, 1]))。接著我們通過數組下標操作，可以得到排好序的數組a，輸出[0, 1, 2, 3]。這個數組的意義是原數組的第二行第一個元素，在排好序後的數組中的位置是0，以此類推。

最後我們可以使用切片和numpy的廣播技巧，對每一行進行排序，輸出的結果是[[1, 3], [0, 2]]，也就是每一行排好序的新數組。

三、避免在函數參數中使用np.sort函數返回索引

在使用np.sort函數返回索引時，有時候我們會在一些函數中作為參數傳遞，很容易出現錯誤和難以調試。這個時候我們可以使用np.take_along_axis函數來代替這個過程。

import numpy as np

a = np.array([[3, 1], [2, 0]])
print(np.sort(a, axis=1))      # 經過排序後的數組
print(np.take_along_axis(a, np.argsort(a, axis=1), axis=1))    # 與上面相同的結果

在上面的例子中，我們有一個2維數組a = [[3, 1], [2, 0]]，通過np.argsort函數指定axis=1，表示按照行的方向進行排序。我們先輸出經過排序後的數組。接下來我們使用np.take_along_axis函數，第一個參數是原數組a，第二個參數是經過排序後的下標數組。這個函數會返回按照排序後的下標數組重新構造的數組。

四、總結

本文主要介紹了使用numpy中np.sort函數返回索引的詳細解釋和使用方法，包括基本語法、特殊用法以及避免在函數參數中使用np.sort函數返回索引。使用np.sort函數返回的下標數組在多維數組排序時特別有用，需要特別注意在使用過程中的問題和陷阱。