Numpy中已知轴数时X.ravel()和X.reshape(s0s1s2)的差异

在本文中，我们将介绍在已知轴数时Numpy中的X.ravel()和X.reshape(s0s1s2)的差异。这两个函数都用于将多维数组变为一维数组，但是它们的使用方法和结果略有不同。

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X.reshape(s0s1s2)

reshape函数可以将多维数组重塑成指定形状的数组，其中s0、s1和s2为三个维度。具体来说，reshape函数的参数为一个整数列表，表示每个轴的长度。如果要将多维数组变为一维数组，则需要将所有参数相乘。例如，对于一个形状为(2,3,4)的三维数组，可以使用reshape函数将其变为一维数组：

import numpy as np

X = np.random.randint(10, size=(2,3,4))
print(X)
# [[[1 2 1 9]
#   [5 8 9 9]
#   [4 0 9 6]]
#
#  [[0 5 9 4]
#   [4 8 5 3]
#   [1 8 9 6]]]

Y = X.reshape(2*3*4)
print(Y)
# [1 2 1 9 5 8 9 9 4 0 9 6 0 5 9 4 4 8 5 3 1 8 9 6]

这里将2、3和4相乘得到24，然后调用reshape函数将数组X变为了一维数组Y。

X.ravel()

ravel函数是将多维数组变为一维数组的另一种方法，它将返回一个扁平化的数组。具体来说，ravel函数会将数组展开成一条直线，将第一维留下来，其余维度展开为一维。以下是一个例子：

import numpy as np

X = np.random.randint(10, size=(2,3,4))
print(X)
# [[[8 9 2 6]
#   [4 4 2 9]
#   [9 4 3 3]]
#
#  [[6 7 9 3]
#   [8 1 7 8]
#   [2 3 0 3]]]

Y = X.ravel()
print(Y)
# [8 9 2 6 4 4 2 9 9 4 3 3 6 7 9 3 8 1 7 8 2 3 0 3]

与reshape函数的不同之处在于展开顺序，ravel函数展开的顺序是C语言的顺序，也就是按照第一维遍历，第二维其次，第三维最后。如果数组是按照Fortran（列优先）顺序存储的，则ravel函数将返回Flattened数组的Fortran版本。

两个函数的差异

对于已知轴数的数组，reshape函数和ravel函数的结果应该是完全一样的。但是，在某些情况下，这两个函数可能会产生不同的结果。下面我们将通过一个例子来说明这个问题：

import numpy as np

X = np.random.randint(10, size=(2,3,4))
print(X)
# [[[7 4 3 6]
#   [8 0 6 4]
#   [5 9 8 9]]
#
#  [[8 6 7 7]
#   [5 3 6 2]
#   [4 5 1 3]]]

Y = X.reshape(24)
Z = X.ravel()

print(Y)
# [7 4 3 6 8 0 6 4 5 9 8 9 8 6 7 7 5 3 6 2 4 5 1 3]

print(Z)
# [7 4 3 6 8 0 6 4 5 9 8 9 8 6 7 7 5 3 6 2 4 5 1 3]

在这个例子中，我们首先定义了一个形状为(2,3,4)的三维数组X。然后我们使用reshape函数将其变为了一维数组Y，使用ravel函数将其变为了一维数组Z。结果显示，Y和Z的值是一样的。

但是，如果我们修改一下X的值，例如将X[0,0,0]的值改为10，然后再运行上述代码，我们会发现结果不同：

import numpy as np

X = np.random.randint(10, size=(2,3,4))
X[0,0,0] = 10

print(X)
# [[[10  2  4  2]
# [ 9  4  8  3]
# [ 3  4  0  2]]
#
# [[ 5  1  7  8]
# [ 4  0  7  5]
# [ 9  0  8  2]]]

Y = X.reshape(24)
Z = X.ravel()

print(Y)
# [10  2  4  2  9  4  8  3  3  4  0  2  5  1  7  8  4  0  7  5  9  0  8  2]

print(Z)
# [10  2  4  2  9  4  8  3  3  4  0  2  5  1  7  8  4  0  7  5  9  0  8  2]

在这个例子中，我们首先将X[0,0,0]的值改为了10，然后再使用reshape函数和ravel函数，结果显示Y与原来一样，但是Z与原来不同了。这是因为ravel函数返回的是输入数组的一个视图，如果数组没有被复制，那么修改ravel数组中的元素将会同时影响原数组的值。换句话说，ravel函数返回的只是一个视图，而不是一个副本。而reshape函数却总是返回一个副本。

在实践中，我们应该尽量避免在不同的数组之间共享数据，以免出现不必要的错误。如果需要创建副本，则应该使用copy函数。