將bitstring numpy數組轉換為整數base 2的最快方法

Question

我有一個由比特串組成的numpy數組，我打算將比特串轉換為整數2，以便執行一些xor按位運算。 我可以在python中將字符串轉換為帶有base 2的整數：

int('000011000',2)

我想知道是否有更快更好的方法在numpy中做到這一點。 我正在處理的numpy數組的一個例子是這樣的：

array([['0001'],
       ['0010']], 
      dtype='|S4')

我希望將其轉換為：

array([[1],[2]])

Answer 1

可以使用np.fromstring將每個字符串位分離為uint8類型數字，然后使用一些帶矩陣乘法的數學轉換/縮減為十進制格式。 因此，使用A作為輸入數組，一種方法就是這樣 -

# Convert each bit of input string to numerals
str2num = (np.fromstring(A, dtype=np.uint8)-48).reshape(-1,4)

# Setup conversion array for binary number to decimal equivalent
de2bi_convarr = 2**np.arange(3,-1,-1)

# Use matrix multiplication for reducing each row of str2num to a single decimal
out = str2num.dot(de2bi_convarr)

樣品運行 -

In [113]: A    # Modified to show more variety
Out[113]: 
array([['0001'],
       ['1001'],
       ['1100'],
       ['0010']], 
      dtype='|S4')

In [114]: str2num = (np.fromstring(A, dtype=np.uint8)-48).reshape(-1,4)

In [115]: str2num
Out[115]: 
array([[0, 0, 0, 1],
       [1, 0, 0, 1],
       [1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0]], dtype=uint8)

In [116]: de2bi_convarr = 2**np.arange(3,-1,-1)

In [117]: de2bi_convarr
Out[117]: array([8, 4, 2, 1])

In [118]: out = str2num.dot(de2bi_convarr)

In [119]: out
Out[119]: array([ 1,  9, 12,  2])

---

可以建議另一種方法來避免np.fromstring 。 使用此方法，我們將在開始時轉換為int數據類型，然后將每個數字分開，這應該等同於前一個方法中的str2num 。 其余的代碼將保持不變。 因此，另一種實施方式是 -

# Convert to int array and thus convert each bit of input string to numerals
str2num = np.remainder(A.astype(np.int)//(10**np.arange(3,-1,-1)),10)

de2bi_convarr = 2**np.arange(3,-1,-1)
out = str2num.dot(de2bi_convarr)

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運行時測試

讓我們計算到目前為止列出的所有方法來解決問題，包括@Kasramvd's loopy solution 。

In [198]: # Setup a huge array of such strings
     ...: A = np.array([['0001'],['1001'],['1100'],['0010']],dtype='|S4')
     ...: A = A.repeat(10000,axis=0)


In [199]: def app1(A):             
     ...:     str2num = (np.fromstring(A, dtype=np.uint8)-48).reshape(-1,4)
     ...:     de2bi_convarr = 2**np.arange(3,-1,-1)
     ...:     out = str2num.dot(de2bi_convarr)    
     ...:     return out
     ...: 
     ...: def app2(A):             
     ...:     str2num = np.remainder(A.astype(np.int)//(10**np.arange(3,-1,-1)),10)
     ...:     de2bi_convarr = 2**np.arange(3,-1,-1)
     ...:     out = str2num.dot(de2bi_convarr)    
     ...:     return out
     ...: 

In [200]: %timeit app1(A)
1000 loops, best of 3: 1.46 ms per loop

In [201]: %timeit app2(A)
10 loops, best of 3: 36.6 ms per loop

In [202]: %timeit np.array([[int(i[0], 2)] for i in A]) # @Kasramvd's solution
10 loops, best of 3: 61.6 ms per loop

Answer 2

由於KISS原則 ，我想建議使用列表理解的以下方法：

>>> np.array([[int(i[0], 2)] for i in a])
array([[1],
       [2]])