问题:python如何用零填充numpy数组
我想知道如何使用python 2.6.6和numpy版本1.5.0用零填充2D numpy数组。抱歉! 但是这些是我的局限性。因此我不能使用np.pad
。例如,我想a
用零填充以使其形状匹配b
。我想这样做的原因是我可以这样做:
b-a
这样
>>> a
array([[ 1., 1., 1., 1., 1.],
[ 1., 1., 1., 1., 1.],
[ 1., 1., 1., 1., 1.]])
>>> b
array([[ 3., 3., 3., 3., 3., 3.],
[ 3., 3., 3., 3., 3., 3.],
[ 3., 3., 3., 3., 3., 3.],
[ 3., 3., 3., 3., 3., 3.]])
>>> c
array([[1, 1, 1, 1, 1, 0],
[1, 1, 1, 1, 1, 0],
[1, 1, 1, 1, 1, 0],
[0, 0, 0, 0, 0, 0]])
我能想到的唯一方法是追加,但这看起来很丑。是否有可能使用更清洁的解决方案b.shape
?
编辑,谢谢MSeiferts的答案。我必须清理一下,这就是我得到的:
def pad(array, reference_shape, offsets):
"""
array: Array to be padded
reference_shape: tuple of size of ndarray to create
offsets: list of offsets (number of elements must be equal to the dimension of the array)
will throw a ValueError if offsets is too big and the reference_shape cannot handle the offsets
"""
# Create an array of zeros with the reference shape
result = np.zeros(reference_shape)
# Create a list of slices from offset to offset + shape in each dimension
insertHere = [slice(offsets[dim], offsets[dim] + array.shape[dim]) for dim in range(array.ndim)]
# Insert the array in the result at the specified offsets
result[insertHere] = array
return result
回答 0
很简单,使用参考形状创建一个包含零的数组:
result = np.zeros(b.shape)
# actually you can also use result = np.zeros_like(b)
# but that also copies the dtype not only the shape
然后在需要的地方插入数组:
result[:a.shape[0],:a.shape[1]] = a
瞧,您已经填充了它:
print(result)
array([[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
如果您定义应该在左上方插入元素的位置,也可以使其更通用一些
result = np.zeros_like(b)
x_offset = 1 # 0 would be what you wanted
y_offset = 1 # 0 in your case
result[x_offset:a.shape[0]+x_offset,y_offset:a.shape[1]+y_offset] = a
result
array([[ 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1.]])
但请注意,偏移量不要超过允许的范围。例如x_offset = 2
,这将失败。
如果您有任意数量的维,则可以定义切片列表以插入原始数组。我发现有趣的是可以玩一下,并创建了一个填充函数,该函数可以填充(偏移)任意形状的数组,只要数组和引用的维数相同且偏移量不太大即可。
def pad(array, reference, offsets):
"""
array: Array to be padded
reference: Reference array with the desired shape
offsets: list of offsets (number of elements must be equal to the dimension of the array)
"""
# Create an array of zeros with the reference shape
result = np.zeros(reference.shape)
# Create a list of slices from offset to offset + shape in each dimension
insertHere = [slice(offset[dim], offset[dim] + array.shape[dim]) for dim in range(a.ndim)]
# Insert the array in the result at the specified offsets
result[insertHere] = a
return result
和一些测试用例:
import numpy as np
# 1 Dimension
a = np.ones(2)
b = np.ones(5)
offset = [3]
pad(a, b, offset)
# 3 Dimensions
a = np.ones((3,3,3))
b = np.ones((5,4,3))
offset = [1,0,0]
pad(a, b, offset)
回答 1
NumPy 1.7.0(numpy.pad
添加时)现在已经很老了(它于2013年发布),因此即使问题要求使用不使用该功能的方法,我也认为了解使用可以实现该功能很有用numpy.pad
。
实际上很简单:
>>> import numpy as np
>>> a = np.array([[ 1., 1., 1., 1., 1.],
... [ 1., 1., 1., 1., 1.],
... [ 1., 1., 1., 1., 1.]])
>>> np.pad(a, [(0, 1), (0, 1)], mode='constant')
array([[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
在这种情况下,我使用0
的默认值mode='constant'
。但是也可以通过显式传递它来指定它:
>>> np.pad(a, [(0, 1), (0, 1)], mode='constant', constant_values=0)
array([[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
以防第二个参数([(0, 1), (0, 1)]
)令人困惑:每个列表项(在本例中为元组)都对应于一个维度,并且其中的每个项都表示(第一个元素)之前和之后(第二个元素)的填充。所以:
[(0, 1), (0, 1)]
^^^^^^------ padding for second dimension
^^^^^^-------------- padding for first dimension
^------------------ no padding at the beginning of the first axis
^--------------- pad with one "value" at the end of the first axis.
在这种情况下,第一轴和第二轴的填充相同,因此也可以只传入2元组:
>>> np.pad(a, (0, 1), mode='constant')
array([[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
如果前后的填充相同,甚至可以省略该元组(尽管在这种情况下不适用):
>>> np.pad(a, 1, mode='constant')
array([[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
或者,如果前后的填充相同但轴的填充不同,则也可以在内部元组中省略第二个参数:
>>> np.pad(a, [(1, ), (2, )], mode='constant')
array([[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
但是我倾向于始终使用显式的,因为这样做很容易犯错(当NumPys的期望与您的意图有所不同时):
>>> np.pad(a, [1, 2], mode='constant')
array([[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
在这里,NumPy认为您希望在每个轴前填充1个元素,在每个轴后填充2个元素!即使您打算用轴1中的1个元素和轴2中的2个元素填充。
我使用元组列表进行填充,请注意,这只是“我的约定”,您也可以使用列表列表或元组的元组,甚至数组的元组。NumPy只是检查参数的长度(如果没有长度)和每个项目的长度(或者如果有长度)!
回答 2
我了解您的主要问题是您需要计算,d=b-a
但数组的大小不同。无需中间填充c
您可以解决此问题而无需填充:
import numpy as np
a = np.array([[ 1., 1., 1., 1., 1.],
[ 1., 1., 1., 1., 1.],
[ 1., 1., 1., 1., 1.]])
b = np.array([[ 3., 3., 3., 3., 3., 3.],
[ 3., 3., 3., 3., 3., 3.],
[ 3., 3., 3., 3., 3., 3.],
[ 3., 3., 3., 3., 3., 3.]])
d = b.copy()
d[:a.shape[0],:a.shape[1]] -= a
print d
输出:
[[ 2. 2. 2. 2. 2. 3.]
[ 2. 2. 2. 2. 2. 3.]
[ 2. 2. 2. 2. 2. 3.]
[ 3. 3. 3. 3. 3. 3.]]
回答 3
如果需要向数组添加1s的范围:
>>> mat = np.zeros((4,4), np.int32)
>>> mat
array([[0, 0, 0, 0],
[0, 0, 0, 0],
[0, 0, 0, 0],
[0, 0, 0, 0]])
>>> mat[0,:] = mat[:,0] = mat[:,-1] = mat[-1,:] = 1
>>> mat
array([[1, 1, 1, 1],
[1, 0, 0, 1],
[1, 0, 0, 1],
[1, 1, 1, 1]])
回答 4
我知道我有点晚了,但是如果您想执行相对填充(aka边缘填充),可以通过以下方法实现它。请注意,分配的第一个实例将导致零填充,因此您可以将其用于零填充和相对填充(这是将原始数组的边值复制到填充数组中的地方)。
def replicate_padding(arr):
"""Perform replicate padding on a numpy array."""
new_pad_shape = tuple(np.array(arr.shape) + 2) # 2 indicates the width + height to change, a (512, 512) image --> (514, 514) padded image.
padded_array = np.zeros(new_pad_shape) #create an array of zeros with new dimensions
# perform replication
padded_array[1:-1,1:-1] = arr # result will be zero-pad
padded_array[0,1:-1] = arr[0] # perform edge pad for top row
padded_array[-1, 1:-1] = arr[-1] # edge pad for bottom row
padded_array.T[0, 1:-1] = arr.T[0] # edge pad for first column
padded_array.T[-1, 1:-1] = arr.T[-1] # edge pad for last column
#at this point, all values except for the 4 corners should have been replicated
padded_array[0][0] = arr[0][0] # top left corner
padded_array[-1][0] = arr[-1][0] # bottom left corner
padded_array[0][-1] = arr[0][-1] # top right corner
padded_array[-1][-1] = arr[-1][-1] # bottom right corner
return padded_array
复杂度分析:
对此的最佳解决方案是numpy的pad方法。在平均运行5次之后,具有相对填充的np.pad仅8%
比上面定义的函数好。这表明这是相对填充和零填充的最佳方法。
#My method, replicate_padding
start = time.time()
padded = replicate_padding(input_image)
end = time.time()
delta0 = end - start
#np.pad with edge padding
start = time.time()
padded = np.pad(input_image, 1, mode='edge')
end = time.time()
delta = end - start
print(delta0) # np Output: 0.0008790493011474609
print(delta) # My Output: 0.0008130073547363281
print(100*((delta0-delta)/delta)) # Percent difference: 8.12316715542522%