加快 numpy 整数数组索引的深度

Question

假设我有一个数组

 [[0 2 1]
  [1 0 1]
  [2 1 1]]

我想把它转换成张量的形式

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

每个深度层（索引i）是一个二进制掩码，显示i 在输入中出现的位置。

我为此编写了代码，它可以正常工作，但速度太慢，无法使用。我可以用另一个向量化操作替换这个函数中的循环吗？

def im2segmap(im, depth):
    tensor = np.zeros((im.shape[0], im.shape[1], num_classes))

    for c in range(depth):
        rows, cols = np.argwhere(im==c).T
        tensor[c, rows, cols] = 1

    return tensor

Answer 1

使用broadcasting -

(a==np.arange(num_classes)[:,None,None]).astype(int)

或者与builtin外比较-

(np.equal.outer(range(num_classes),a)).astype(int)

如果您必须使用int dtype，请使用uint8，或者通过完全跳过int 转换以保持boolean 以进一步提升。

示例运行 -

In [42]: a = np.array([[0,2,1],[1,0,1],[2,1,1]])

In [43]: num_classes = 3 # or depth

In [44]: (a==np.arange(num_classes)[:,None,None]).astype(int)
Out[44]: 
array([[[1, 0, 0],
        [0, 1, 0],
        [0, 0, 0]],

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

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

要将depth/num_classes 作为第三个暗淡，扩展输入数组，然后与范围数组进行比较 -

(a[...,None]==np.arange(num_classes)).astype(int)
(np.equal.outer(im, range(num_classes))).astype(int)
(np.equal.outer(im, range(num_classes))).astype(np.uint8) # lower prec