如何将Numpy多层级矩阵转换为指定拼接结构的4×4矩阵？

我拥有以下4个Numpy矩阵：

>>> a
array([[0., 0.],
       [0., 0.]])
>>> b
array([[1., 1.],
       [1., 1.]])
>>> c
array([[2., 2.],
       [2., 2.]])
>>> d
array([[3., 3.],
       [3., 3.]])

将它们组合为矩阵e：

>>> e = np.array([[a,b], [c,d]])
>>> e.shape
(2, 2, 2, 2)

希望将e转换为如下形式的4×4矩阵：

0 0 1 1
0 0 1 1
2 2 3 3
2 2 3 3

但使用e.reshape((4,4))得到的是：

>>> e.reshape((4,4))
array([[0., 0., 0., 0.],
       [1., 1., 1., 1.],
       [2., 2., 2., 2.],
       [3., 3., 3., 3.]])

请问是否有方法将形状为(2,2,2,2)的矩阵e转换为目标结构的4×4矩阵？

可以通过调整数组轴顺序后再reshape，或者直接用专用构造函数实现目标效果：

方法1：调整轴顺序后reshape #

针对已构造好的e，先通过transpose调整轴的排列顺序，再执行reshape：

import numpy as np

# 假设e已构造完成
result = e.transpose(0, 2, 1, 3).reshape(4, 4)
print(result)

输出结果：

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

原理：原数组e的轴顺序是(块行, 块列, 块内行, 块内列)，transpose(0,2,1,3)将轴调整为(块行, 块内行, 块列, 块内列)，此时元素排列逻辑已匹配目标结构，reshape后即可得到想要的4×4矩阵。

方法2：直接用block构造目标矩阵 #

如果还未将a、b、c、d组合成e，可以直接用numpy.block一步构造目标矩阵，跳过后续调整步骤：

result = np.block([[a, b], [c, d]])
print(result)

输出同样符合要求的4×4矩阵。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者SomethingSomething