優化numpy ndarray索引操作

Question

我有一個類似下面的numpy操作：

 for i in range(i_max):
    for j in range(j_max):
        r[i, j, x[i, j], y[i, j]] = c[i, j]

其中x ， y和c具有相同的形狀。

是否可以使用numpy的高級索引來加快此操作的速度？

我嘗試使用：

i = numpy.arange(i_max)
j = numpy.arange(j_max)
r[i, j, x, y] = c

但是，我沒有得到預期的結果。

Answer 1

使用linear indexing -

d0,d1,d2,d3 = r.shape
np.put(r,np.arange(i_max)[:,None]*d1*d2*d3 + np.arange(j_max)*d2*d3 + x*d3 +y,c)

---

基准測試和驗證

定義功能-

def linear_indx(r,x,y,c,i_max,j_max):
    d0,d1,d2,d3 = r.shape
    np.put(r,np.arange(i_max)[:,None]*d1*d2*d3 + np.arange(j_max)*d2*d3 + x*d3 +y,c)
    return r

def org_app(r,x,y,c,i_max,j_max):
    for i in range(i_max):
        for j in range(j_max):
            r[i, j, x[i,j], y[i,j]] = c[i,j]
    return r

設置輸入數組和基准-

In [134]: # Setup input arrays
     ...: i_max = 40
     ...: j_max = 50
     ...: D0 = 60
     ...: D1 = 70
     ...: N = 80
     ...: 
     ...: r = np.zeros((D0,D1,N,N))
     ...: c = np.random.rand(i_max,j_max)
     ...: 
     ...: x = np.random.randint(0,N,(i_max,j_max))
     ...: y = np.random.randint(0,N,(i_max,j_max))
     ...: 

In [135]: # Make copies for testing, as both functions make in-situ changes
     ...: r1 = r.copy()
     ...: r2 = r.copy()
     ...: 

In [136]: # Verify results by comparing with original loopy approach
     ...: np.allclose(linear_indx(r1,x,y,c,i_max,j_max),org_app(r2,x,y,c,i_max,j_max))
Out[136]: True

In [137]: # Make copies for testing, as both functions make in-situ changes
     ...: r1 = r.copy()
     ...: r2 = r.copy()
     ...: 

In [138]: %timeit linear_indx(r1,x,y,c,i_max,j_max)
10000 loops, best of 3: 115 µs per loop

In [139]: %timeit org_app(r2,x,y,c,i_max,j_max)
100 loops, best of 3: 2.25 ms per loop

Answer 2

索引數組需要廣播才能正常工作。 唯一需要做的改變是在第一個索引i上添加一個軸，以使形狀與其余索引匹配。 實現此目的的快速方法是使用None索引（相當於numpy.newaxis ）：

i = numpy.arange(i_max)
j = numpy.arange(j_max)
r[i[:,None], j, x, y] = c