numpy_tricks

Numpy Tricks

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这篇文章不定期更新，主要是记录在使用numpy过程中一些有效的tricks(或者重要的API)

import numpy as np

numpy.where()

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numpy.where(condition, [,x,y])

参数：

- condition: 一个 bool array 或者 在源数组（original array）基础上由条件运算产生的 bool array

- x,y(optional, 或者两者都被传入函数，或者都不被传入)： 两个和condition 产生的 bool array 具有相同的shape 的 array

因此numpy.where中或者有一个参数，或者有三个参数，而不会只有两个参数

返回值

- 如果x 与 y 均被传入， 那么它基于bool array 从 x 和 y 中选取元素 组成一个新的数组。原理： 遍历bool array， 如果bool array 某一位置的元素为True，那么从 x(array1) 中选取对应位置的元素作为新数组对应位置的元素， 如果为 False，从 y(array2) 中选择， 最终由 x的元素和 y 的元素组成一个新的数组

- 如果 x  与 y 均不被传入，那么它返回一个元组，每一个元组元素对应 original 数组 的某一维度 满足 condition元素的索引

因此numpy.where主要有两个用途

1. 返回源数组满足条件(single condition or multi-condition) 的元素的对应索引

2. 由两个指定数组 按照指定条件 产生一个新数组 (也即是一个三元运算符， x if condition else y, 只不过这里的 x y condition 拓展到了数组版本)

接下来是两个简单的例子（直接展示二维的情况，更高维或者一维与此类似）

# 创建源数组
o_array = np.arange(0, 9).reshape((3, 3))

# 创建 x ,y
x = np.array(['high value']*9).reshape((3, 3))
y = np.array(['low value']*9).reshape((3, 3))

print(f'x=:     \n{x}')
print(f'y=:     \n{y}')
print(f'original=:     \n{o_array}')

x=:
[['high value' 'high value' 'high value']
 ['high value' 'high value' 'high value']
 ['high value' 'high value' 'high value']]
y=:
[['low value' 'low value' 'low value']
 ['low value' 'low value' 'low value']
 ['low value' 'low value' 'low value']]
original=:
[[0 1 2]
 [3 4 5]
 [6 7 8]]

# 单个条件或者许多条件, 当然也可以直接使用bool array
single_condition = o_array >= 4
multi_condition = (o_array>=4) & (o_array<=6)

# 用法一  返回满足条件的元素的索引
idx_1 = np.where(single_condition)
idx_2 = np.where(multi_condition)

print(f'单个条件返回的索引元祖为：      {idx_1}')  # 分别对应满足条件元素二维索引的横竖index
print(f'多个条件返回的索引元祖为：      {idx_2}')
# 返回的元祖可以用于 索引相应满足条件的元素

elements = o_array[idx_1]
print(f"满足条件的元素：   {elements}")

# 也可以对于返回tuple元素进行合并 得到相应的二维索引
index = list(zip(idx_1[0], idx_1[1]))
print(index)

单个条件返回的索引元祖为：      (array([1, 1, 2, 2, 2]), array([1, 2, 0, 1, 2]))
多个条件返回的索引元祖为：      (array([1, 1, 2]), array([1, 2, 0]))
满足条件的元素：   [4 5 6 7 8]
[(1, 1), (1, 2), (2, 0), (2, 1), (2, 2)]

# 用法二：作为三元表达式的一种创建一个新数组
new_array = np.where(single_condition, x, y)
print(f'新数组为：  \n{new_array}')

新数组为：
[['low value' 'low value' 'low value']
 ['low value' 'high value' 'high value']
 ['high value' 'high value' 'high value']]

numpy.any()、ndarray.any() （numpy.all(), ndarray.all()）

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关于详细的背景知识和使用，这里有一个不错的英文教程

np.any(input_array, axis, output, keepdims, where)

参数：

input_array: 输入数组或者 array-like （如python list）

axis: 指定的运算轴， default = None, 维度可以为负数，即反向索引

output: 可以指定输出的数组，这个参数很少使用

keepdims: 决定输出是否要保留和输入一样的维度数

where: array of bol optional, 用于指定函数运算的位置

返回：

bool 值 或者一个bool array(在指定维度运算时)

功能:

检查 input_array 中在指定的位置(或者指定的维数)上是否存在 True。

一种典型的应用场景是 np.any(condition)

np.all() 的用法和np.any(） 完全相同，区别在于字面意思 any vs all

input_array = np.arange(0, 9).reshape((3, 3))
condition = input_array >=4
print(f"默认缺省：  {np.any(condition)}")
print(f"指定维度:  {np.any(condition, axis=1)}")
print(f"指定维度的输出shape:    {np.any(condition, axis=1).shape}")
print(f"keepdims 时的shape：    {np.any(condition, axis=1, keepdims=True).shape}")

默认缺省：  True
指定维度:  [False  True  True]
指定维度的输出shape:    (3,)
keepdims 时的shape：    (3, 1)