鉴于自索引(不知道这是正确的术语)numpy的阵列,例如:
a = np.array([3, 2, 0, 1])
这代表本置换 ( =>
是箭头):
0 => 3
1 => 2
2 => 0
3 => 1
我试图使代表逆变换的阵列,而不在Python“手动”做这件事,那就是我想要一个纯粹的 numpy的解决方案。 我希望在上述情况的结果是:
array([2, 3, 1, 0])
这相当于
0 <= 3 0 => 2
1 <= 2 or 1 => 3
2 <= 0 2 => 1
3 <= 1 3 => 0
这似乎很简单,但我想不出如何做到这一点。 我试过google搜索,但没有发现任何有关。
的置换的逆p
的np.arange(n)
是索引的阵列s
那种p
,即
p[s] == np.arange(n)
必须全部属实。 这样的s
正是np.argsort
回报:
>>> p = np.array([3, 2, 0, 1])
>>> np.argsort(p)
array([2, 3, 1, 0])
>>> p[np.argsort(p)]
array([0, 1, 2, 3])
排序是这里矫枉过正。 这仅仅是一个单通,具有恒定的存储器需求线性时间算法:
from __future__ import print_function
import numpy as np
p = np.array([3, 2, 0, 1])
s = np.empty(p.size, dtype=np.int32)
for i in np.arange(p.size):
s[p[i]] = i
print('s =', s)
上面的代码打印
s = [2 3 1 0]
按要求。
答案的其余部分是关注上述的有效的矢量化for
循环。 如果你只是想知道解决的办法,跳转到这个答案的末尾。
(从2014年8月27日最初的答案;而定时为有效NumPy的1.8与NumPy的1.11更新后如下。)
一单通,线性时间算法被预期比更快np.argsort
; 有趣的是,琐碎矢量( s[p] = xrange(p.size)
见索引阵列 )以上的for
循环实际上比稍慢np.argsort
只要p.size < 700 000
(当然,我的机器上,你的里程可能会有所不同):
import numpy as np
def np_argsort(p):
return np.argsort(p)
def np_fancy(p):
s = np.zeros(p.size, p.dtype) # np.zeros is better than np.empty here, at least on Linux
s[p] = xrange(p.size)
return s
def create_input(n):
np.random.seed(31)
indices = np.arange(n, dtype = np.int32)
return np.random.permutation(indices)
从我的IPython的笔记本:
p = create_input(700000)
%timeit np_argsort(p)
10 loops, best of 3: 72.7 ms per loop
%timeit np_fancy(p)
10 loops, best of 3: 70.2 ms per loop
最终在渐近复杂踢( O(n log n)
用于argsort
与O(n)
为单遍算法)和单通算法将是始终如一更快后的足够大的n = p.size
(阈值是我的机器上70万左右)。
然而,向量化上述不太直接的方式for
带环np.put
:
def np_put(p):
n = p.size
s = np.zeros(n, dtype = np.int32)
i = np.arange(n, dtype = np.int32)
np.put(s, p, i) # s[p[i]] = i
return s
这对于给出n = 700 000
(相同的尺寸如上):
p = create_input(700000)
%timeit np_put(p)
100 loops, best of 3: 12.8 ms per loop
这是旁边没有一个很好的5.6倍的速度了!
为了公平起见, np.argsort
仍然击败了np.put
较小的方法n
(临界点大约是n = 1210
我的机器上):
p = create_input(1210)
%timeit np_argsort(p)
10000 loops, best of 3: 25.1 µs per loop
%timeit np_fancy(p)
10000 loops, best of 3: 118 µs per loop
%timeit np_put(p)
10000 loops, best of 3: 25 µs per loop
因为我们分配和一个额外的阵列(在填补这是最有可能的np.arange()
与呼叫) np_put
方法。
虽然你没有问一个用Cython的解决方案,只是出于好奇,我也定时用下面用Cython解决方案类型memoryviews :
import numpy as np
cimport numpy as np
def in_cython(np.ndarray[np.int32_t] p):
cdef int i
cdef int[:] pmv
cdef int[:] smv
pmv = p
s = np.empty(p.size, dtype=np.int32)
smv = s
for i in xrange(p.size):
smv[pmv[i]] = i
return s
时序:
p = create_input(700000)
%timeit in_cython(p)
100 loops, best of 3: 2.59 ms per loop
所以, np.put
解决方案仍不尽可能快地(跑12.8毫秒,这个输入大小; argsort了72.7毫秒)。
更新2017年2月3日与NumPy的1.11
杰米,安德里斯和保罗在低于花式索引的性能问题就解决了评论指出。 杰米说,它在与NumPy 1.9已经解决了。 我使用Python 3.5和1.11 NumPy的测试它,我用回在2014年的机器上。
def invert_permutation(p):
s = np.empty(p.size, p.dtype)
s[p] = np.arange(p.size)
return s
时序:
p = create_input(880)
%timeit np_argsort(p)
100000 loops, best of 3: 11.6 µs per loop
%timeit invert_permutation(p)
100000 loops, best of 3: 11.5 µs per loop
一个显著改善哉!
结论
总而言之,我会去的
def invert_permutation(p):
'''The argument p is assumed to be some permutation of 0, 1, ..., len(p)-1.
Returns an array s, where s[i] gives the index of i in p.
'''
s = np.empty(p.size, p.dtype)
s[p] = np.arange(p.size)
return s
方法代码清晰。 在我看来,它是小于晦涩argsort
,也快于大尺寸的输入。 如果速度成为一个问题,我会去用用Cython解决方案。
我想提供一点点更多的背景larsmans正确答案。 之所以 argsort
是正确的可以当您使用的表述中找到由矩阵排列 。 数学优势的置换矩阵 P
是矩阵“上运行的载体”,即置换矩阵次向量的置换载体中。
你的排列是这样的:
import numpy as np
a = np.array([3,2,0,1])
N = a.size
rows = np.arange(N)
P = np.zeros((N,N),dtype=int)
P[rows,a] = 1
[[0 0 0 1]
[0 0 1 0]
[1 0 0 0]
[0 1 0 0]]
给定一个置换矩阵,我们可以利用“撤销” multipication由它的逆P^-1
。 置换矩阵的美妙之处在于它们是正交的,因此P*P^(-1)=I
,或换言之P(-1)=P^T
,逆是转置。 这意味着我们可以把转置矩阵的索引来找到你倒置换矢量:
inv_a = np.where(P.T)[1]
[2 3 1 0]
其中,如果你想想看,是完全一样的发现的列进行排序的指数P
!