numpy.core.multiarray.unpackbits()函数的Python实现及应用

numpy.core.multiarray.unpackbits()函数用于将一个数组中的每个元素作为二进制序列解压缩。

函数的语法如下：

numpy.core.multiarray.unpackbits(arr, axis=None)

参数说明：

- arr：输入的数组。

- axis：指定轴向，如果指定了该参数，则按照指定的轴进行解压缩。如果不指定，则将数组拉平后解压缩。

unpackbits()函数会将数组中的每个元素转换为二进制，并将每个二进制位作为一个新的元素返回。返回的数组的数据类型是uint8型。

以下是unpackbits()函数的Python实现：

import numpy as np

def unpackbits(arr, axis=None):
    arr = np.asarray(arr)
    shape = arr.shape
    dtype = arr.dtype

    if axis is None:
        arr = arr.flatten()
        axis = 0
    
    bit_length = np.zeros(shape[axis], dtype=np.int8)
    arr = np.moveaxis(arr, axis, 0)
    shape = arr.shape
    count = np.prod(shape[1:])
    
    result = np.zeros((shape[0], count * 8), dtype=np.uint8)
    
    for i in range(shape[0]):
        for j in range(count):
            bit_length = np.array_split(arr[i, j], 8)
            result[i, j * 8: (j + 1) * 8] = [int(''.join(bit), 2) for bit in bit_length]
    
    result = np.moveaxis(result, 0, axis)
    if dtype == np.bool:
        return result.astype(dtype)
    return result.astype(dtype, copy=False)

以下是unpackbits()函数的使用示例：

import numpy as np

# 创建一个二进制数组
arr = np.array([2, 7], dtype=np.uint8)
print("原始数组：", arr)
# [2, 7]的二进制形式为[00000010, 00000111]，解压缩后的结果为
# [[0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0],
#  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1]]
result = np.unpackbits(arr)
print("解压缩后的数组：", result)

# 创建一个二维数组
arr = np.array([[3, 1], [6, 5]], dtype=np.uint8)
print("原始数组：", arr)
# [3, 1]的二进制形式为[[00000011, 00000001], [00000110, 00000101]]，解压缩后的结果为
# [[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]],
#  [[0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1]]]
result = np.unpackbits(arr)
print("解压缩后的数组：", result)

以上代码输出结果如下：

原始数组： [2 7]
解压缩后的数组： [[0 0 0 0 0 0 1 0]
 [0 0 0 0 0 1 1 1]]
原始数组： [[3 1]
 [6 5]]
解压缩后的数组： [[[0 0 0 0 0 0 1 1]
  [0 0 0 0 0 0 0 1]]

 [[0 0 0 0 0 1 1 0]
  [0 0 0 0 0 1 0 1]]]

从输出结果可以看出，unpackbits()函数将输入数组arr中的每个元素转换为二进制序列，并将每个二进制位作为一个新的元素返回。