面试题：Python中NumPy库广播机制的基础应用

Question

假设有一个形状为(3, 1)的NumPy数组a和一个形状为(1, 4)的NumPy数组b，使用广播机制计算它们相加的结果，并描述广播的过程。

Answer 1

1. 计算结果： 首先导入numpy库：

   import numpy as np
   a = np.array([[1], [2], [3]])
   b = np.array([[4, 5, 6, 7]])
   result = a + b
   print(result)
   

   计算结果result是一个形状为(3, 4)的数组，内容如下：

   [[ 5  6  7  8]
    [ 6  7  8  9]
    [ 7  8  9 10]]
   

2. 广播过程描述：
   • 数组a的形状是(3, 1)，数组b的形状是(1, 4)。
   • 广播机制从右到左比较两个数组的形状。
   • 对于最右边的维度，数组a是1，数组b是4，由于1和任何数匹配（这里是4），a的这一维度会被扩展为4。
   • 对于次右边的维度，数组a是3，数组b是1，同样1和3匹配，b的这一维度会被扩展为3。
   • 最终，数组a在第二个维度上被复制4次，数组b在第一个维度上被复制3次，两个数组都变成了形状为(3, 4)的数组，然后对应元素相加得到最终结果。