numpy.frombuffer
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numpy.frombuffer(buffer, dtype=float, count=-1, offset=0) -
Interpret a buffer as a 1-dimensional array.
Parameters: - buffer : buffer_like
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An object that exposes the buffer interface.
- dtype : data-type, optional
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Data-type of the returned array; default: float.
- count : int, optional
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Number of items to read.
-1means all data in the buffer. - offset : int, optional
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Start reading the buffer from this offset (in bytes); default: 0.
Notes
If the buffer has data that is not in machine byte-order, this should be specified as part of the data-type, e.g.:
>>> dt = np.dtype(int) >>> dt = dt.newbyteorder('>') >>> np.frombuffer(buf, dtype=dt)The data of the resulting array will not be byteswapped, but will be interpreted correctly.
Examples
>>> s = 'hello world' >>> np.frombuffer(s, dtype='S1', count=5, offset=6) array(['w', 'o', 'r', 'l', 'd'], dtype='|S1')>>> np.frombuffer(b'\x01\x02', dtype=np.uint8) array([1, 2], dtype=uint8) >>> np.frombuffer(b'\x01\x02\x03\x04\x05', dtype=np.uint8, count=3) array([1, 2, 3], dtype=uint8)
NumPy的ndarray数组对象不能像list一样动态地改变其大小，在做数据采集时很不方便。本文介绍如何通过np.frombuffer()实现动态数组。
列表对象的内存动态分配
Python的列表对象实际上是一个动态指针数组。当列表中没有空间储存新的元素时，列表会动态地改变其大小，以容纳新的元素。每次改变大小时，它都会预留一部分空间，以降低改变大小的频率。下面的程序可以观察列表的这一行为。
import sys import pylab as pl size = [] for i in xrange(10000): size.append(sys.getsizeof(size)) pl.plot(size, lw="2") pl.show()
程序的输出如下图所示，图中每个阶梯跳变的位置都表示一次内存分配，而每个阶梯的高度表示额外分配的内存的大小。
因此由于往列表中添加新元素时，基本上时间复杂度都为O(1)，只有在重新分配内存时，时间复杂度才变为O(n)。由于每次额外分配的内存和列表的长度成正比，因此随着列表的增大，重新分配内存的次数会减少，从而整体上append()方法的平均时间复杂度为O(1)。这种动态数组很适合用来做数据采集，然而由于列表中的每个元素都是对象，比较浪费内存，因此用列表做大量数据的采集并不划算。我们希望通过类似NumPy数组的对象采集数据。
NumPy数组的动态分配
NumPy的数组没有这种动态改变大小的功能，numpy.append()函数每次都会重新分配整个数组，并把原来的数组复制到新数组中。下面的程序模拟列表的动态分配，从而实现动态数组：
import numpy as np class DynamicArray(object): def __init__(self, item_type): self._data = np.zeros(10, dtype=item_type) self._size = 0 def get_data(self): return self._data[:self._size] def append(self, value): if len(self._data) == self._size: self._data = np.resize(self._data, int(len(self._data)*1.25)) self._data[self._size] = value self._size += 1 item_type = np.dtype({ "names":["id", "x", "y", "z"], "formats":["i4", "f8", "f8", "f8"]}) da = DynamicArray(item_type) for i in xrange(100): da.append((i, i*0.1, i*0.2, i*0.3)) data = da.get_data()
用array数组采集数据
Python标准库中的array数组也提供了动态分配内存的功能，而且它和NumPy数组一样直接将数值的二进制数据保存在一块内存中，因此我们可以先用array数组收集数组，然后通过np.frombuffer()将array数组的数据内存直接转换为一个NumPy数组。下面是一个例子：
>>> import numpy as np >>> from array import array >>> a = array("d", [1,2,3,4]) # 创建一个array数组 >>> a array('d', [1.0, 2.0, 3.0, 4.0]) >>> na = np.frombuffer(a, dtype=np.float) # 通过np.frombuffer()创建一个和a共享内存的NumPy数组 >>> na array([ 1., 2., 3., 4.]) >>> na[1] = 20 # 修改NumPy数组中的第一个元素 >>> a array('d', [1.0, 20.0, 3.0, 4.0]) # array数组中的第一个元素也同时改变
array数组只支持一维，如果我们需要采集多个频道的数据，可以将这些数据依次添加进array数组，然后通过reshape()方法将np.frombuffer()所创建的NumPy数组改为二维数组。下面是一个例子：
buf = array("d") for i in range(100): buf.append(math.sin(i*0.1)) ❶ buf.append(math.cos(i*0.1)) data = np.frombuffer(buf, dtype=np.float).reshape(-1, 2) ❷ print data
在这个例子中，❶我们通过array数组buf采集两个频道的数据，数据采集完毕之后，我们通过np.frombuffer()将其转换为NumPy数组，并通过reshape()将其形状改为(100,2)。
用bytearray采集数据
当每个频道的数据类型不同时，就不能采用上节所介绍的方法了。这时我们可以使用bytearray收集数据。bytearray是字节数组，因此我们首先需要通过struct模块将Python的数值转换成其字节表示形式。如果数据来自二进制文件或者硬件，那么我们得到得已经是字节数据，这个步骤可以省略。下面是使用bytearray进行数据采集的例子：
buf = bytearray() for i in range(100): buf.extend(struct.pack("=hdd", i, math.sin(i*0.1), math.cos(i*0.1))) ❶ dtype = np.dtype({"names":["id","sin","cos"], "formats":["h", "d", "d"]}) ❷ data = np.frombuffer(buf, dtype=dtype) ❸ print data
❶采集三个频道的数据，其中频道1是短整型整数，其类型符号为”h”，频道2和3为双精度浮点数，其类型符号为”d”。类型格式字符串中的”=”表示输出得字节数据不进行内存对齐。即一条数据的字节数为2+8+8=16，如果没有”=”，那么一条数据的字节数则为8+8+8=24。
❷定义一个dtype对象表示一条数据的结构，dtype对象缺省不进行内存对齐，如果采集数据用的bytearray中的数据是内存对齐的话，只需要设置dtype()的align参数为True即可。
❸最后通过np.frombuffer()将bytearray转换为NumPy的结构数组。然后我们就可以通过data[“id”]、data[“sin”]和data[“cos”]访问三个频道的数据了。