numpy 子类的数组答案

【问题标题】：Array of a subclass of numpynumpy 子类的数组
【发布时间】：2014-07-22 23:03:13
【问题描述】：

我有问题。问题是：我想创建一个 numpy 数组的子类，然后创建一个该类型的对象数组。当我引用该数组中的一个项目时，我希望它仍然是该子类的一个实例。相反，它是一个 numpy 数组的实例。

这是一个失败的测试：

import numpy as np


class ImageWrapper(np.ndarray):

    def __new__(cls, image_data):
        assert image_data.ndim in (2, 3)
        return image_data.view(cls)

    @property
    def n_colours(self): 
        return 1 if self.ndim==2 else self.shape[2]


n_frames = 10
frames = [ImageWrapper(np.random.randint(255, size = (20, 15, 3)).astype('uint8')) for _ in xrange(n_frames)]
video = np.array(frames)
assert video[0].n_colours == 3

给我：AttributeError: 'numpy.ndarray' 对象没有属性 'n_colours'

我怎样才能做到这一点？

已经尝试过的事情：

在构造视频时设置 subok=True - 这仅适用于从子类对象的单个实例而不是列表构造数组时。
设置 dtype=object 或 dtype=ImageWrapper 不起作用

我知道我可以将视频制作成一个列表，但出于其他原因，最好将其保留为 numpy 数组。

【问题讨论】：

问题是当您在 3D 数组列表上调用 array 时，您会得到一个 4D 数组，而不是一个充满 3D 数组的 1D 数组。显然，这个 4D 数组不可能是 ImageWrapper，所以它是 ndarray，所以它的任何切片也是 ndarray，无论数据最初来自哪里。问题是，为什么你希望它是一个数组？ object 的一维数组并没有失去 numpy 优于原生列表的所有优点，但它失去了很多它们，如果你能告诉我们最后一句中的“其他原因”，它可能会有所帮助。
另外，您的设计是否有理由要求 4D 数组不能成为ImageWrapper？如果 N>3（或只是引发异常），您的 n_colours 将不得不返回一个 N-3 维数组而不是一个标量，否则，会有什么问题？因为那会让事情变得简单得多……
“其他原因”不是一个很好的原因，只是这是接口的一部分，其中数组是预期的数据类型。在这种情况下，Jaime 建议的对象数组就可以了。
但是 4D 数组子类也不能工作吗？在我看来，如果您的代码需要一个数组，它会想要在该数组上广播 n_colours 和 crop 和 downsample 等等。 4D 数组免费为您提供所有这些（至少在调用方；您必须在实现方面小心，如 Bi Rico 所示）；对于数组对象数组，您必须手动将未绑定的方法包装在 ufunc 中才能执行任何操作。（除非您打算只迭代对象，在这种情况下，为什么要使用数组？）

标签： python arrays numpy subclassing multidimensional-array

【解决方案1】：

无论你想要实现什么，可能有比继承 ndarray 更好的方法。但是考虑到这一点，你可以让你的数组的类型为object，尽管在创建它时你必须小心。这有效：

>>> video = np.empty((len(frames),), dtype=object)
>>> video[:] = frames
>>> video[0].n_colours
3

但这不是：

>>> video = np.array(frames, dtype=object)
>>> video[0].n_colours
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'numpy.ndarray' object has no attribute 'n_colours'

【讨论】：

这对我有用，谢谢。造成这种情况的真正原因是我们有一个奇怪的图像格式 (YUV)，我们希望有绑定到它的方法来执行裁剪和下采样等操作。子类化而不是包装的原因更值得商榷——主要是因为我们在 python 中工作但想假装我们在 Java 中，并且我们的接口要求模块之间传递的数据是数组类型。
@Peter：YUV 并不是那么奇怪或不常见。此外，如果ImageWrapper 可以保存一个 >3D 数组，对您来说似乎更好，在这种情况下，调用它的方法将有效地在每个 3D 子数组上广播调用，而不是使您手动迭代每个 3D 子数组。（这就是我在评论中的建议，我很确定 Bi Rico 在他的回答中的想法。）相反，如果你真的想强迫自己迭代数组，你实际上最好使用一个列表它们比数组。

【解决方案2】：

numpy.array 只是不够复杂，无法处理这种情况。 subok=True 告诉函数通过子类传递，但你没有传递给它一个 ndarray 的子类，你传递给它一个列表（恰好填充了 ndarray 子类的实例）。你可以通过这样做得到你所期望的东西：

import numpy as np


class ImageWrapper(np.ndarray):

    def __new__(cls, image_data):
        assert 2 <= image_data.ndim <= 4
        return image_data.view(cls)

    @property
    def n_colours(self): 
        return 1 if self.ndim==2 else self.shape[-1]


n_frames = 10
frame_shape = (20, 15, 3)
video = ImageWrapper(np.empty((n_frames,) + frame_shape, dtype='uint8'))
for i in xrange(n_frames):
    video[i] = np.random.randint(255, size=(20, 15, 3))
assert video[0].n_colours == 3

请注意，我必须更新 ImageWrapper 以允许 4d 数组作为输入。

【讨论】：