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Numpy可擴展對角矩陣

2022-02-16 19:05:15 企業開發

假設我有變數:

A = 3
B = 2
C = 1

如何將它們轉換為以下形式的對角矩陣:

np.diag([1, 1, 1, 0, 0, 0])
Out[0]: 
array([[1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0]])

np.diag([0,0,0,1,1,0])
Out[1]: 
array([[0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 1, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0]])

np.diag([0,0,0,0,0,1])
Out[2]: 
array([[0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 1]])

我希望這是可擴展的,因此例如有 4 個變數a = 500, b = 20, c = 300, d = 200,矩陣的大小將為500 20 300 200 = 1020. 最簡單的方法是什么?

uj5u.com熱心網友回復:

的強制性解決方案,比2 核 colab 實體上的陣列的公認答案np.einsum慢約2.25 倍。[500,20,200,300]

import numpy as np

A = 3
B = 2
C = 1

r = [A,B,C]
m = np.arange(len(r))
np.einsum('ij,kj->ijk', m.repeat(r) == m[:,None], np.eye(np.sum(r), dtype='int'))

輸出

array([[[1, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 1, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 1, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0]],

       [[0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 1, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 1, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0]],

       [[0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0, 1]]])

uj5u.com熱心網友回復:

這是一種方法。結果陣列mats包含您要查找的矩陣。

A = 3
B = 2
C = 1

n_list = [A,B,C]
ab_list = np.cumsum([0]   n_list)
ran = np.arange(ab_list[-1])
mats = [np.diag(((a <= ran) & (ran < b)).astype('int')) 
        for a,b in zip(ab_list[:-1],ab_list[1:])]
for mat in mats:
    print(mat,'\n')

結果:

[[1 0 0 0 0 0]
 [0 1 0 0 0 0]
 [0 0 1 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]] 

[[0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 1 0 0]
 [0 0 0 0 1 0]
 [0 0 0 0 0 0]] 

[[0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 1]] 

編輯:這是一個更快的解決方案,產生相同的結果

n_list = [A,B,C]
ab_list = np.cumsum([0]   n_list)
total = ab_list[-1]
ran = np.arange(total)
mats = np.zeros((len(n_list),total,total))
for k,p in enumerate(zip(ab_list[:-1],ab_list[1:])):
    idx = np.arange(p[0],p[1])
    mats[k,idx,idx] = 1
for mat in mats:
    print(mat,'\n')

這似乎比目前接受的解決方案產生了約 10% 的加速


另一個性能大致相當的:

n_list = [A,B,C]
m = len(n_list)
ab_list = np.cumsum([0]   n_list)
total = ab_list[-1]
ran = np.arange(total)
mats = np.zeros((m,total,total))
idx = [k for a,b in zip(ab_list[:-1],ab_list[1:]) for k in range(a,b)]
mats[[k for k,n in enumerate(n_list) for _ in range(n)],
     idx,idx] = 1
for mat in mats:
    print(mat,'\n')

uj5u.com熱心網友回復:

您可以通過僅分配一次陣列,然后通過指定索引一次設定所有值來獲得更好的性能。幸運的是,這些指數很容易獲得。

import numpy as np

a = [3, 2, 1] # Put your values in a list
s = np.sum(a)
m = np.zeros((len(a), s, s), dtype=int) # Initialize array once
indices = (np.repeat(range(len(a)), a), *np.diag_indices(s, 2)) # Get indices
m[indices] = 1 # Set the diagonals at once
return m

輸出:

[[[1 0 0 0 0 0]
  [0 1 0 0 0 0]
  [0 0 1 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 0]]

 [[0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 1 0 0]
  [0 0 0 0 1 0]
  [0 0 0 0 0 0]]

 [[0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 0]
  [0 0 0 0 0 1]]]

與@Ben Grossmann 的回答相比,A=3000, B=2000, C=1000重復100

def A():
    '''My solution'''
    a = [3000, 2000, 1000] # Put your values in a list
    s = np.sum(a)
    m = np.zeros((len(a), s, s), dtype=int) # Initialize array once
    indices = (np.repeat(range(len(a)), a), *np.diag_indices(s, 2)) # Get indices
    m[indices] = 1 # Set the diagonals at once
    return m

def B():
    '''Bens solution'''
    A = 3000
    B = 2000
    C = 1000

    n_list = [A,B,C]
    ab_list = np.cumsum([0]   n_list)
    ran = np.arange(ab_list[-1])
    return [np.diag(((a <= ran) & (ran < b)).astype('int')) for a,b in zip(ab_list[:-1], ab_list[1:])]

print(f'Timings:')
timeA = timeit.timeit(A, number=100)
timeB = timeit.timeit(B, number=100)
ratio = timeA / timeB
print(f'This solution: {timeA} seconds')
print(f'Current accepted answer: {timeB} seconds')
if ratio < 1:
    print(f'This solution is {1 / ratio} times faster than Bens solution')
else:
    print(f'Bens solution is {ratio} times faster than this solution')

輸出:

Timings:
This solution: 1.6834218999993027 seconds
Current accepted answer: 5.096610300000066 seconds
This solution is 3.027529997086397 times faster than Bens solution

編輯:將“索引”演算法更改為使用np.repeat而不是np.concatenate.

uj5u.com熱心網友回復:

一種可能的方法(不要認為它是最佳的,但它有效):



import numpy as np

a = 3
b = 2
c = 1
values = [a,b,c] #create a list with values

n = sum(values) #calc total length of diagnal

#create an array with cumulative sums but starting from 0 to use as index
idx_vals = np.zeros(len(values) 1,dtype=int)
np.cumsum(values,out=idx_vals[1:]); 

#create every diagonal using values, then create diagonal matrices and 
#save them in `matrices` list
matrices = []
for idx,v in enumerate(values):

    diag = np.zeros(n)
    diag[idx_vals[idx]:idx_vals[idx] v] = np.ones(v)
    print(diag)
    matrices.append(np.diag(diag))

uj5u.com熱心網友回復:

還有一種可能:

import numpy as np

# your constants here
constants = [3, 2, 1] # [A, B, C]

size = sum(constants)
cumsum = np.cumsum([0]   constants)

for i in range(len(cumsum) - 1):
    inputVector = np.zeros(size, dtype=int)
    inputVector[cumsum[i]:cumsum[i 1]] = 1
    matrix = np.diag(inputVector)
    
    print(matrix, '\n')

輸出:

[[1 0 0 0 0 0]
 [0 1 0 0 0 0]
 [0 0 1 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]] 

[[0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 1 0 0]
 [0 0 0 0 1 0]
 [0 0 0 0 0 0]] 

[[0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 0]
 [0 0 0 0 0 1]] 

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qiye/424167.html

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