更改 Numpy 对象中的每个元素答案

【问题标题】：Change every single element in Numpy object更改 Numpy 对象中的每个元素
【发布时间】：2017-07-06 17:10:59
【问题描述】：

我有一个带有随机 N*M 个元素的 Numpy 对象，并且我还有两个数字 A 和 B。

现在我想访问这个 N*M 数组中的每个元素并进行更改，即如果元素 > 0，则将此元素替换为 A（即元素

我知道有一种简单的方法可以实现这种方法，即使用 for 循环访问每个元素，但速度很慢。

我们可以使用更多花哨的代码来实现吗？

【问题讨论】：

试试numpy.clip。
看np.where

标签： numpy

【解决方案1】：

布尔掩码赋值将更改原地值：

In [493]: arr = np.random.randint(-10,10,(5,7))
In [494]: arr
Out[494]: 
array([[ -5,  -6,  -7,  -1,  -8,  -8, -10],
       [ -9,   1,  -3,  -9,   3,   8,  -1],
       [  6,  -7,   4,   0,  -4,   4,  -2],
       [ -3, -10,  -2,   7,  -4,   2,   2],
       [ -5,   5,  -1,  -7,   7,   5,  -7]])
In [495]: arr[arr>0] = 100
In [496]: arr[arr<0] = -50
In [497]: arr
Out[497]: 
array([[-50, -50, -50, -50, -50, -50, -50],
       [-50, 100, -50, -50, 100, 100, -50],
       [100, -50, 100,   0, -50, 100, -50],
       [-50, -50, -50, 100, -50, 100, 100],
       [-50, 100, -50, -50, 100, 100, -50]])

我刚刚在

中给出了类似的答案

python numpy: iterate for different conditions without using a loop

【讨论】：

【解决方案2】：

IIUC：

narr = np.random.randint(-100,100,(10,5))
array([[ 70, -20,  96,  73, -94],
       [ 42,  35, -55,  56,  54],
       [ 97, -16,  24,  32,  78],
       [ 49,  49, -11, -82,  82],
       [-10,  59, -42, -68, -70],
       [ 95,  23,  22,  58, -38],
       [ -2, -64,  27, -33, -95],
       [ 98,  42,   8, -83,  85],
       [ 23,  51, -99, -82,  -7],
       [-28, -11, -44,  95,  93]])
A = 1000
B = -999

使用np.where:

np.where(narr > 0, A, np.where(narr < 0, B , narr))

输出：

array([[1000, -999, 1000, 1000, -999],
       [1000, 1000, -999, 1000, 1000],
       [1000, -999, 1000, 1000, 1000],
       [1000, 1000, -999, -999, 1000],
       [-999, 1000, -999, -999, -999],
       [1000, 1000, 1000, 1000, -999],
       [-999, -999, 1000, -999, -999],
       [1000, 1000, 1000, -999, 1000],
       [1000, 1000, -999, -999, -999],
       [-999, -999, -999, 1000, 1000]])

【讨论】：

这很有帮助！但是原来的数组narr并没有改变，所以我需要分配新的内存来保存这个新的数组。我们可以在原地做这个改变吗？

【解决方案3】：

因为您提到您对计算速度感兴趣，所以我针对您的问题对几种不同方法进行了速度比较。

test.py：

import numpy as np

A = 100
B = 50

def createArray():
  array = np.random.randint(-100,100,(500,500))
  return array

def replace(x):
    return A if x > 0 else B

def replace_ForLoop():
    """Simple for-loop."""
    array = createArray()
    for i in range(array.shape[0]):
        for j in range(array.shape[1]):
            array[i][j] = replace(array[i][j])

def replace_nditer():
    """Use numpy.nditer to iterate over values."""
    array = createArray()
    for elem in np.nditer(array, op_flags=['readwrite']):
        elem[...] = replace(elem)

def replace_masks():
    """Use boolean masks."""
    array = createArray()
    array[array>0] = A
    array[array<0] = B

def replace_vectorize():
    """Use numpy.vectorize"""
    array = createArray()
    vectorfunc = np.vectorize(replace)
    array = vectorfunc(array)

def replace_where():
    """Use numpy.where"""
    array = createArray()
    array = np.where(array > 0, A, np.where(array < 0, B , array))

注意：使用嵌套 for 循环、np.nditer 和布尔掩码的变体就地工作，最后两个不工作。

时序对比：

> python -mtimeit -s'import test' 'test.replace_ForLoop()'                     
10 loops, best of 3: 185 msec per loop
> python -mtimeit -s'import test' 'test.replace_nditer()' 
10 loops, best of 3: 294 msec per loop
> python -mtimeit -s'import test' 'test.replace_masks()' 
100 loops, best of 3: 5.8 msec per loop
> python -mtimeit -s'import test' 'test.replace_vectorize()'
10 loops, best of 3: 55.3 msec per loop
> python -mtimeit -s'import test' 'test.replace_where()'    
100 loops, best of 3: 5.42 msec per loop

使用循环确实很慢。 numpy.nditer 甚至更慢，这让我感到惊讶，因为文档称它为 efficient multi-dimensional iterator object to iterate over arrays。 numpy.vectorizeis essentially a for-loop，但仍然设法比天真的实现快三倍。根据 hpaulj 的回答，Scott Boston 提出的 np.where 变体比使用布尔掩码稍快。但是，它确实需要更多内存，因为它不会就地修改。

【讨论】：