Cómo agregar una columna adicional a una matriz NumPy

Digamos que tengo una matriz NumPy a:

a = np.array([
    [1, 2, 3],
    [2, 3, 4]
    ])

Y me gustaría agregar una columna de ceros para obtener una matriz b:

b = np.array([
    [1, 2, 3, 0],
    [2, 3, 4, 0]
    ])

¿Cómo puedo hacer esto fácilmente en NumPy?

Creo que una solución más sencilla y más rápida de arranque es hacer lo siguiente:

import numpy as np
N = 10
a = np.random.rand(N,N)
b = np.zeros((N,N+1))
b[:,:-1] = a

Y horarios:

In [23]: N = 10

In [24]: a = np.random.rand(N,N)

In [25]: %timeit b = np.hstack((a,np.zeros((a.shape[0],1))))
10000 loops, best of 3: 19.6 us per loop

In [27]: %timeit b = np.zeros((a.shape[0],a.shape[1]+1)); b[:,:-1] = a
100000 loops, best of 3: 5.62 us per loop

np.r_[ ... ]y np.c_[ ... ] son alternativas útiles para vstacky hstack, con corchetes [] en lugar de round ().
Un par de ejemplos:

: import numpy as np
: N = 3
: A = np.eye(N)

: np.c_[ A, np.ones(N) ]              # add a column
array([[ 1.,  0.,  0.,  1.],
       [ 0.,  1.,  0.,  1.],
       [ 0.,  0.,  1.,  1.]])

: np.c_[ np.ones(N), A, np.ones(N) ]  # or two
array([[ 1.,  1.,  0.,  0.,  1.],
       [ 1.,  0.,  1.,  0.,  1.],
       [ 1.,  0.,  0.,  1.,  1.]])

: np.r_[ A, [A[1]] ]              # add a row
array([[ 1.,  0.,  0.],
       [ 0.,  1.,  0.],
       [ 0.,  0.,  1.],
       [ 0.,  1.,  0.]])
: # not np.r_[ A, A[1] ]

: np.r_[ A[0], 1, 2, 3, A[1] ]    # mix vecs and scalars
  array([ 1.,  0.,  0.,  1.,  2.,  3.,  0.,  1.,  0.])

: np.r_[ A[0], [1, 2, 3], A[1] ]  # lists
  array([ 1.,  0.,  0.,  1.,  2.,  3.,  0.,  1.,  0.])

: np.r_[ A[0], (1, 2, 3), A[1] ]  # tuples
  array([ 1.,  0.,  0.,  1.,  2.,  3.,  0.,  1.,  0.])

: np.r_[ A[0], 1:4, A[1] ]        # same, 1:4 == arange(1,4) == 1,2,3
  array([ 1.,  0.,  0.,  1.,  2.,  3.,  0.,  1.,  0.])

(La razón de los corchetes [] en lugar de round () es que Python se expande, por ejemplo, 1: 4 en cuadrado, las maravillas de la sobrecarga).

Uso numpy.append:

>>> a = np.array([[1,2,3],[2,3,4]])
>>> a
array([[1, 2, 3],
       [2, 3, 4]])

>>> z = np.zeros((2,1), dtype=int64)
>>> z
array([[0],
       [0]])

>>> np.append(a, z, axis=1)
array([[1, 2, 3, 0],
       [2, 3, 4, 0]])

Una forma, usando hstack , es:

b = np.hstack((a, np.zeros((a.shape[0], 1), dtype=a.dtype)))

Encuentro lo siguiente más elegante:

b = np.insert(a, 3, values=0, axis=1) # Insert values before column 3

Una ventaja de esto insertes que también le permite insertar columnas (o filas) en otros lugares dentro de la matriz. Además, en lugar de insertar un solo valor, puede insertar fácilmente un vector completo, por ejemplo, duplicar la última columna:

b = np.insert(a, insert_index, values=a[:,2], axis=1)

Lo que lleva a:

array([[1, 2, 3, 3],
       [2, 3, 4, 4]])

Para el momento, insertpodría ser más lento que la solución de JoshAdel:

In [1]: N = 10

In [2]: a = np.random.rand(N,N)

In [3]: %timeit b = np.hstack((a, np.zeros((a.shape[0], 1))))
100000 loops, best of 3: 7.5 µs per loop

In [4]: %timeit b = np.zeros((a.shape[0], a.shape[1]+1)); b[:,:-1] = a
100000 loops, best of 3: 2.17 µs per loop

In [5]: %timeit b = np.insert(a, 3, values=0, axis=1)
100000 loops, best of 3: 10.2 µs per loop

También me interesó esta pregunta y comparé la velocidad de

numpy.c_[a, a]
numpy.stack([a, a]).T
numpy.vstack([a, a]).T
numpy.ascontiguousarray(numpy.stack([a, a]).T)               
numpy.ascontiguousarray(numpy.vstack([a, a]).T)
numpy.column_stack([a, a])
numpy.concatenate([a[:,None], a[:,None]], axis=1)
numpy.concatenate([a[None], a[None]], axis=0).T

que hacen lo mismo para cualquier vector de entrada a. Tiempos para crecer a:

Tenga en cuenta que todas las variantes no contiguas (en particular stack/ vstack) son eventualmente más rápidas que todas las variantes contiguas. column_stack(por su claridad y velocidad) parece ser una buena opción si necesita contigüidad.

Código para reproducir la trama:

import numpy
import perfplot

perfplot.save(
    "out.png",
    setup=lambda n: numpy.random.rand(n),
    kernels=[
        lambda a: numpy.c_[a, a],
        lambda a: numpy.ascontiguousarray(numpy.stack([a, a]).T),
        lambda a: numpy.ascontiguousarray(numpy.vstack([a, a]).T),
        lambda a: numpy.column_stack([a, a]),
        lambda a: numpy.concatenate([a[:, None], a[:, None]], axis=1),
        lambda a: numpy.ascontiguousarray(
            numpy.concatenate([a[None], a[None]], axis=0).T
        ),
        lambda a: numpy.stack([a, a]).T,
        lambda a: numpy.vstack([a, a]).T,
        lambda a: numpy.concatenate([a[None], a[None]], axis=0).T,
    ],
    labels=[
        "c_",
        "ascont(stack)",
        "ascont(vstack)",
        "column_stack",
        "concat",
        "ascont(concat)",
        "stack (non-cont)",
        "vstack (non-cont)",
        "concat (non-cont)",
    ],
    n_range=[2 ** k for k in range(20)],
    xlabel="len(a)",
    logx=True,
    logy=True,
)

Yo creo que:

np.column_stack((a, zeros(shape(a)[0])))

Es más elegante.

np.concatenate también funciona

>>> a = np.array([[1,2,3],[2,3,4]])
>>> a
array([[1, 2, 3],
       [2, 3, 4]])
>>> z = np.zeros((2,1))
>>> z
array([[ 0.],
       [ 0.]])
>>> np.concatenate((a, z), axis=1)
array([[ 1.,  2.,  3.,  0.],
       [ 2.,  3.,  4.,  0.]])

Suponiendo que Mes un (100,3) ndarray y yes un (100,) ndarray appendse puede usar de la siguiente manera:

M=numpy.append(M,y[:,None],1)

El truco es usar

y[:, None]

Esto se convierte yen una (100, 1) matriz 2D.

M.shape

ahora da

(100, 4)

Me gusta la respuesta de JoshAdel debido al enfoque en el rendimiento. Una mejora de rendimiento menor es evitar la sobrecarga de inicializar con ceros, solo para sobrescribirse. Esto tiene una diferencia medible cuando N es grande, se usa vacío en lugar de ceros y la columna de ceros se escribe como un paso separado:

In [1]: import numpy as np

In [2]: N = 10000

In [3]: a = np.ones((N,N))

In [4]: %timeit b = np.zeros((a.shape[0],a.shape[1]+1)); b[:,:-1] = a
1 loops, best of 3: 492 ms per loop

In [5]: %timeit b = np.empty((a.shape[0],a.shape[1]+1)); b[:,:-1] = a; b[:,-1] = np.zeros((a.shape[0],))
1 loops, best of 3: 407 ms per loop

np.insert También sirve el propósito.

matA = np.array([[1,2,3], 
                 [2,3,4]])
idx = 3
new_col = np.array([0, 0])
np.insert(matA, idx, new_col, axis=1)

array([[1, 2, 3, 0],
       [2, 3, 4, 0]])

Inserta valores, aquí new_col, antes de un índice dado, aquí a lo idxlargo de un eje. En otras palabras, los valores recién insertados ocuparán la idxcolumna y moverán lo que estaba originalmente allí y idxhacia atrás.

Agregue una columna adicional a una matriz numpy:

El np.appendmétodo de Numpy toma tres parámetros, los dos primeros son matrices numpy 2D y el tercero es un parámetro de eje que indica a lo largo de qué eje agregar:

import numpy as np  
x = np.array([[1,2,3], [4,5,6]]) 
print("Original x:") 
print(x) 

y = np.array([[1], [1]]) 
print("Original y:") 
print(y) 

print("x appended to y on axis of 1:") 
print(np.append(x, y, axis=1)) 

Huellas dactilares:

Original x:
[[1 2 3]
 [4 5 6]]
Original y:
[[1]
 [1]]
x appended to y on axis of 1:
[[1 2 3 1]
 [4 5 6 1]]

Un poco tarde para la fiesta, pero nadie publicó esta respuesta todavía, así que por razones de integridad: puede hacer esto con la comprensión de la lista, en una simple matriz de Python:

source = a.tolist()
result = [row + [0] for row in source]
b = np.array(result)

Para mí, la siguiente forma parece bastante intuitiva y simple.

zeros = np.zeros((2,1)) #2 is a number of rows in your array.   
b = np.hstack((a, zeros))

En mi caso, tuve que agregar una columna de unos a una matriz NumPy

X = array([ 6.1101, 5.5277, ... ])
X.shape => (97,)
X = np.concatenate((np.ones((m,1), dtype=np.int), X.reshape(m,1)), axis=1)

Después de X.shape => (97, 2)

array([[ 1. , 6.1101],
       [ 1. , 5.5277],
...

Hay una función específica para esto. Se llama numpy.pad

a = np.array([[1,2,3], [2,3,4]])
b = np.pad(a, ((0, 0), (0, 1)), mode='constant', constant_values=0)
print b
>>> array([[1, 2, 3, 0],
           [2, 3, 4, 0]])

Esto es lo que dice en la cadena de documentación:

Pads an array.

Parameters
----------
array : array_like of rank N
    Input array
pad_width : {sequence, array_like, int}
    Number of values padded to the edges of each axis.
    ((before_1, after_1), ... (before_N, after_N)) unique pad widths
    for each axis.
    ((before, after),) yields same before and after pad for each axis.
    (pad,) or int is a shortcut for before = after = pad width for all
    axes.
mode : str or function
    One of the following string values or a user supplied function.

    'constant'
        Pads with a constant value.
    'edge'
        Pads with the edge values of array.
    'linear_ramp'
        Pads with the linear ramp between end_value and the
        array edge value.
    'maximum'
        Pads with the maximum value of all or part of the
        vector along each axis.
    'mean'
        Pads with the mean value of all or part of the
        vector along each axis.
    'median'
        Pads with the median value of all or part of the
        vector along each axis.
    'minimum'
        Pads with the minimum value of all or part of the
        vector along each axis.
    'reflect'
        Pads with the reflection of the vector mirrored on
        the first and last values of the vector along each
        axis.
    'symmetric'
        Pads with the reflection of the vector mirrored
        along the edge of the array.
    'wrap'
        Pads with the wrap of the vector along the axis.
        The first values are used to pad the end and the
        end values are used to pad the beginning.
    <function>
        Padding function, see Notes.
stat_length : sequence or int, optional
    Used in 'maximum', 'mean', 'median', and 'minimum'.  Number of
    values at edge of each axis used to calculate the statistic value.

    ((before_1, after_1), ... (before_N, after_N)) unique statistic
    lengths for each axis.

    ((before, after),) yields same before and after statistic lengths
    for each axis.

    (stat_length,) or int is a shortcut for before = after = statistic
    length for all axes.

    Default is ``None``, to use the entire axis.
constant_values : sequence or int, optional
    Used in 'constant'.  The values to set the padded values for each
    axis.

    ((before_1, after_1), ... (before_N, after_N)) unique pad constants
    for each axis.

    ((before, after),) yields same before and after constants for each
    axis.

    (constant,) or int is a shortcut for before = after = constant for
    all axes.

    Default is 0.
end_values : sequence or int, optional
    Used in 'linear_ramp'.  The values used for the ending value of the
    linear_ramp and that will form the edge of the padded array.

    ((before_1, after_1), ... (before_N, after_N)) unique end values
    for each axis.

    ((before, after),) yields same before and after end values for each
    axis.

    (constant,) or int is a shortcut for before = after = end value for
    all axes.

    Default is 0.
reflect_type : {'even', 'odd'}, optional
    Used in 'reflect', and 'symmetric'.  The 'even' style is the
    default with an unaltered reflection around the edge value.  For
    the 'odd' style, the extented part of the array is created by
    subtracting the reflected values from two times the edge value.

Returns
-------
pad : ndarray
    Padded array of rank equal to `array` with shape increased
    according to `pad_width`.

Notes
-----
.. versionadded:: 1.7.0

For an array with rank greater than 1, some of the padding of later
axes is calculated from padding of previous axes.  This is easiest to
think about with a rank 2 array where the corners of the padded array
are calculated by using padded values from the first axis.

The padding function, if used, should return a rank 1 array equal in
length to the vector argument with padded values replaced. It has the
following signature::

    padding_func(vector, iaxis_pad_width, iaxis, kwargs)

where

    vector : ndarray
        A rank 1 array already padded with zeros.  Padded values are
        vector[:pad_tuple[0]] and vector[-pad_tuple[1]:].
    iaxis_pad_width : tuple
        A 2-tuple of ints, iaxis_pad_width[0] represents the number of
        values padded at the beginning of vector where
        iaxis_pad_width[1] represents the number of values padded at
        the end of vector.
    iaxis : int
        The axis currently being calculated.
    kwargs : dict
        Any keyword arguments the function requires.

Examples
--------
>>> a = [1, 2, 3, 4, 5]
>>> np.pad(a, (2,3), 'constant', constant_values=(4, 6))
array([4, 4, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 6])

>>> np.pad(a, (2, 3), 'edge')
array([1, 1, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 5, 5])

>>> np.pad(a, (2, 3), 'linear_ramp', end_values=(5, -4))
array([ 5,  3,  1,  2,  3,  4,  5,  2, -1, -4])

>>> np.pad(a, (2,), 'maximum')
array([5, 5, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 5])

>>> np.pad(a, (2,), 'mean')
array([3, 3, 1, 2, 3, 4, 5, 3, 3])

>>> np.pad(a, (2,), 'median')
array([3, 3, 1, 2, 3, 4, 5, 3, 3])

>>> a = [[1, 2], [3, 4]]
>>> np.pad(a, ((3, 2), (2, 3)), 'minimum')
array([[1, 1, 1, 2, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 2, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 2, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 2, 1, 1, 1],
       [3, 3, 3, 4, 3, 3, 3],
       [1, 1, 1, 2, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 2, 1, 1, 1]])

>>> a = [1, 2, 3, 4, 5]
>>> np.pad(a, (2, 3), 'reflect')
array([3, 2, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 3, 2])

>>> np.pad(a, (2, 3), 'reflect', reflect_type='odd')
array([-1,  0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8])

>>> np.pad(a, (2, 3), 'symmetric')
array([2, 1, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 4, 3])

>>> np.pad(a, (2, 3), 'symmetric', reflect_type='odd')
array([0, 1, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7])

>>> np.pad(a, (2, 3), 'wrap')
array([4, 5, 1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3])

>>> def pad_with(vector, pad_width, iaxis, kwargs):
...     pad_value = kwargs.get('padder', 10)
...     vector[:pad_width[0]] = pad_value
...     vector[-pad_width[1]:] = pad_value
...     return vector
>>> a = np.arange(6)
>>> a = a.reshape((2, 3))
>>> np.pad(a, 2, pad_with)
array([[10, 10, 10, 10, 10, 10, 10],
       [10, 10, 10, 10, 10, 10, 10],
       [10, 10,  0,  1,  2, 10, 10],
       [10, 10,  3,  4,  5, 10, 10],
       [10, 10, 10, 10, 10, 10, 10],
       [10, 10, 10, 10, 10, 10, 10]])
>>> np.pad(a, 2, pad_with, padder=100)
array([[100, 100, 100, 100, 100, 100, 100],
       [100, 100, 100, 100, 100, 100, 100],
       [100, 100,   0,   1,   2, 100, 100],
       [100, 100,   3,   4,   5, 100, 100],
       [100, 100, 100, 100, 100, 100, 100],
       [100, 100, 100, 100, 100, 100, 100]])