python 如何以向量化的方式修改具有任意索引的numpy数组?

khbbv19g  于 2023-04-04  发布在  Python
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简化故事

假设我有一个数组arr和索引idx。对于idx中出现的每个i,我想将arr[i]增加1。
非矢量化方法如下所示:

import numpy as np

arr = np.zeros(5)
idx = [0, 1, 1, 2, 0]

for i in idx:
    arr[i] += 1

有没有办法把它矢量化?
请注意,arr[idx] += 1是无效的,因为索引重复。

arr = np.zeros(1)
idx = [0, 0]
arr[idx] += 1  # arr becomes array([1]), not array([2])

当然,在这个1D数组例子中使用np.unique()也可以达到同样的目的。但实际上我正在尝试处理2D数组,我怀疑计数元素是否是最好的解决方案。

编辑

np.unique确实工作,但似乎有不必要的减速。我想要一个更快的方法(如果存在的话)。
下面是10,000个点的2D索引的示例,没有重复。

arr = np.zeros((10000, 10000))
idx = np.stack([np.arange(10000), np.arange(10000)])

%timeit np.unique(idx, axis=1, return_counts=True)  # takes 1.93 ms

%timeit arr[idx[0], idx[1]] += 1  # takes 235 μs

显然,通过索引进行迭代要快10倍左右。

编辑2

@PaulS的回答比np.unique还快。

%timeit np.add.at(arr, (idx[0], idx[1]), 1) # takes 925 μs

编辑3

下面是使用随机索引测试重复索引的示例。

arr = np.zeros((10000, 10000))
ran = (np.random.rand(10000)*10).astype(int)
idx = np.stack([ran, ran])

%timeit np.unique(idx, axis=1, return_counts=True)  # takes 3.24 ms

%timeit np.add.at(arr, (idx[0], idx[1]), 1) # takes 859 μs

(edit:错别字)

详细故事

我正在尝试使用NumPy实现Hough线变换算法。(我不使用cv2.HoughLines()的原因是因为我希望直接从点的坐标中得到结果,而不是从二进制数组中得到)。
(r, θ)平面上获取曲线很容易,但我在矢量化的方式下实现累加器时遇到了麻烦。目前我依赖于将2D数据平坦化为1D。是否有更好更快的方法来执行累加?
感谢您的评分

2w2cym1i

2w2cym1i1#

一维数组

另一种可能的解决方案:

np.add.at(arr, idx, 1)

输出:

[2. 2. 1. 0. 0.]

二维数组

(谢谢,@mozway,你的例子,我现在在这里使用。

arr = np.zeros([3, 4], dtype=int)
idx = [[0, 0, 2, 0],
       [1, 1, 3, 1]]

np.add.at(arr, (idx[0], idx[1]), 1)

输出:

array([[0, 3, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1]])
pcww981p

pcww981p2#

使用numpy.unique获取唯一索引及其计数:

idx2, cnt = np.unique(idx, return_counts=True)

arr[idx2] += cnt

更新arr

array([2, 2, 1, 0, 0])
使用nd-arrays(2D示例):
arr = np.zeros([3, 4], dtype=int)
idx = [[0, 0, 2, 0],
       [1, 1, 3, 1]]

idx2, cnt = np.unique(idx, axis=1, return_counts=True)
arr[*idx2] = cnt

输出:

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

如果索引被转置:

arr = np.zeros([3, 4], dtype=int)
idx = idx = [[0, 1], [0, 1], [2, 3], [0, 1]]

idx2, cnt = np.unique(idx, axis=0, return_counts=True)
arr[*idx2.T] = cnt

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