NumPy 数组索引和替换

Question

我有一个 3d numpy 数组如下：

(3L, 5L, 5L)

如果一个元素在 3d 位置，例如，[150, 160, 170] 存在。如何将它们全部转换为[0,0,0]？

import numpy as np
a = np.ones((3,5,5))
a[0,2:4,2:4] = 150
a[0,0:1,0:1] = 150 #important!
a[1,2:4,2:4] = 160
a[2,2:4,2:4] = 170
print a

预期的结果应该是：

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

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

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

Answer 1

首先我会转换成一堆三元组：

b = np.reshape(a.transpose(2, 1, 0), [25,3])

然后找到你想要的值：

idx = np.where((b == np.array([150, 160, 170])).all(axis=1))

并替换为您想要的任何值：

b[idx] = 0

最后转换回原来的形状：

c = np.reshape(b, [5, 5, 3]).transpose(2, 1, 0) 

Answer 2

构建你的a：

In [48]: a=np.ones((3,5,5))    
In [49]: a[0,2:4,2:4]=150
In [50]: a[1,2:4,2:4]=160
In [51]: a[2,2:4,2:4]=170

In [52]: a
Out[52]: 
array([[[   1.,    1.,    1.,    1.,    1.],
        [   1.,    1.,    1.,    1.,    1.],
        [   1.,    1.,  150.,  150.,    1.],
        [   1.,    1.,  150.,  150.,    1.],
        [   1.,    1.,    1.,    1.,    1.]],

       [[   1.,    1.,    1.,    1.,    1.],
        [   1.,    1.,    1.,    1.,    1.],
        [   1.,    1.,  160.,  160.,    1.],
        [   1.,    1.,  160.,  160.,    1.],
        [   1.,    1.,    1.,    1.,    1.]],

       [[   1.,    1.,    1.,    1.,    1.],
        [   1.,    1.,    1.,    1.,    1.],
        [   1.,    1.,  170.,  170.,    1.],
        [   1.,    1.,  170.,  170.,    1.],
        [   1.,    1.,    1.,    1.,    1.]]])

所有位置的布尔值，第一维的值为[150,160,170]。关键是将其扩展为 3d、形状 (3,1,1)，可以广播到 (3,5,5) 并与 a 进行比较：

In [53]: I = a==np.array([150,160,170])[:,None,None]

In [54]: I
Out[54]: 
array([[[False, False, False, False, False],
        [False, False, False, False, False],
        [False, False,  True,  True, False],
        [False, False,  True,  True, False],
        [False, False, False, False, False]],

       [[False, False, False, False, False],
        [False, False, False, False, False],
        [False, False,  True,  True, False],
        [False, False,  True,  True, False],
        [False, False, False, False, False]],

       [[False, False, False, False, False],
        [False, False, False, False, False],
        [False, False,  True,  True, False],
        [False, False,  True,  True, False],
        [False, False, False, False, False]]], dtype=bool)

现在只需将值 True 的所有插槽更改为 0：

In [55]: a[I]=0

In [56]: a
Out[56]: 
array([[[ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.],
        [ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.],
        [ 1.,  1.,  0.,  0.,  1.],
        [ 1.,  1.,  0.,  0.,  1.],
        [ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.]],

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

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

查看已删除答案的 cmets，我发现您确实想要一个所有 3 个值都匹配的情况。也就是说，与您的示例相反，可能还有其他插槽a[0,...] 是 150 等您不想更改。

你仍然可以使用这个I，只需在第一个轴上取一个all：

In [58]: a[:,I.all(axis=0)]=2

In [59]: a
Out[59]: 
array([[[ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.],
        [ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.],
        [ 1.,  1.,  2.,  2.,  1.],
        [ 1.,  1.,  2.,  2.,  1.],
        [ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.]],

       [[ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.],
        [ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.],
        [ 1.,  1.,  2.,  2.,  1.],
        [ 1.,  1.,  2.,  2.,  1.],
        [ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.]],

       [[ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.],
        [ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.],
        [ 1.,  1.,  2.,  2.,  1.],
        [ 1.,  1.,  2.,  2.,  1.],
        [ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.]]])

从概念上讲，我的答案与接受的答案没有太大区别。这会将数组重新整形为 2d，因此可以使用 1d [150,160,170] 进行匹配。实际上它会自动重新整形为(1,3)，可以再次广播(25,3)数组。转置和重塑是标准化此类问题格式的一种便捷方法，尽管通常没有必要。

---

将最后一个动作分开可能会有所帮助：

In [60]: J=I.all(axis=0)

In [61]: J
Out[61]: 
array([[False, False, False, False, False],
       [False, False, False, False, False],
       [False, False,  True,  True, False],
       [False, False,  True,  True, False],
       [False, False, False, False, False]], dtype=bool)

In [62]: a[:, J] = 3

或使用 np.where 将布尔数组转换为 2 个索引列表：

In [73]: jj=np.where(J)
In [74]: jj
Out[74]: (array([2, 2, 3, 3], dtype=int32), array([2, 3, 2, 3], dtype=int32))

In [75]: a[:, jj[0], jj[1]] = 4

a[:,jj] 不起作用，但 a[(slice(None),)+jj] 起作用。最后一个表达式构造了一个 3 元素元组，相当于 [75] 的。

我还可以将J 扩展为与a 匹配的大小和形状：

In [90]: K=J[None,...].repeat(3,0)
In [91]: K
Out[91]: 
array([[[False, False, False, False, False],
        [False, False, False, False, False],
        [False, False,  True,  True, False],
        [False, False,  True,  True, False],
        [False, False, False, False, False]],

       [[False, False, False, False, False],
        ....]], dtype=bool)

并使用a[K]。