问numpy中是否有可能在不改变内存顺序和迭代器的情况下交换矩阵的x，y？
EN

Stack Overflow用户

提问于 2022-01-17 09:24:54

回答 1查看 85关注 0票数 1

我正在尝试从转向fortran和c++。我主要处理的是巨大的图像，坐标方向是x:从左到右，y:自上而下，像素被存储在行中，这是图像格式中常见的。

Numpy说，它也按行存储矩阵。就好而言，它与fortran/c++保存图像是一样的。但是，请参阅下面的示例，灰色从黑色到白色依次排列。让我们创建第一行为123等的图像3x3。

黑白图像如预期，与matplotlib不显示(垫)

mat = np.array([1,2,3,4,5,6,7,8,9], 'i1').reshape(3,3)

接下来，我使用下面的代码获取有关矩阵的信息。例程打印:在位置x=1, y=0的值，在内存中的位置，看数组是否被复制，大步和迭代器。

def pr(a):
    x=1; y=0;
    print(a[x,y])
    print(a.ctypes.data, a.strides, a.ravel(order='K'), [x for x in a.flat], a.flatten(order='K'))
    print(a.flags)

对于矩阵mat的C阶，我得到

4
94598176807408 (3, 1) [1 2 3 4 5 6 7 8 9] [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] [1 2 3 4 5 6 7 8 9]
  C_CONTIGUOUS : True
  F_CONTIGUOUS : False

所以很明显，x,y是交换的，因为x=1和y=0像素值是2，而不是4，所以我已经更改为F顺序。

# mat = mat.ravel(order='K').reshape(3,3, order='F')
mat.strides = (1,3)
# mat = np.swapaxes(mat, 0, 1)

在此基础上，给出了得到具有相同结果的F阶的三种可能性。

2
94598176807408 (1, 3) [1 2 3 4 5 6 7 8 9] [1, 4, 7, 2, 5, 8, 3, 6, 9] [1 2 3 4 5 6 7 8 9]
  C_CONTIGUOUS : False
  F_CONTIGUOUS : True

现在，当使用与以前相同的内存布局的F顺序时，图像被交换了。

如您所见，x=1 y=2的值2是正确的，使用mat[x,y]是正确的，内存顺序是正确的，但是迭代器是错误的1 4 7 ...。后果是，保存或显示形象是不好的，所有的交换。不按内存顺序排列的迭代器具有很大的性能惩罚。

问题是:如何用交换的x，y来设置numpy矩阵，而不复制图像和所有其他属性都是C级的。我尝试过设置C_CONTIGUOUS=True，但这是不可能的。

一种方法是使用C-阶，但是在所有这样的矩阵上，必须使用反向索引y，x，问题是它非常混乱，所有的向量都是正规的(x,y,z)，有些对象使用交换索引顺序。正确的轴的命名顺序有助于进一步的图像空间操作。

也许有可能扩展numpy，使用只返回mat[y,x]或eg的其他索引方法，比如mat.swap2[x,y]。mat[*reversed((x,y))]。但是否有更好的解决办法？

下面是fortran和c++中的两个示例。armadillo矩阵库(因为c/c++似乎没有定义自己的泛型矩阵对象)。这两个示例都使用F顺序，索引正确mat[x,y]，内存布局与输入图像的二进制布局相同，逐行、迭代器在内存布局中。在我看来奇怪的是，F顺序中的numpy不支持相同的行为。或者我根本就不懂裸体的哲学。

在fortran中，保存和迭代这样的矩阵是按内存顺序进行的(此处未显示)。

...
    integer(1) :: mat(0:2,0:2)      ! matrix 3x3 indexing 0,1,2
    data mat /1,2,3,4,5,6,7,8,9/    ! memory order
    print*, mat(1,0)                ! value for x=1 y=0 is 2 ok
...

在C++和armadillo中，保存和迭代是按内存顺序进行的(此处未显示)。

#define ARMA_U8_TYPE   uint8_t
#define ARMA_S8_TYPE    int8_t        // define support for int8 instead of char
#include <armadillo>
...
    using namespace arma;
    int8_t amem[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};        // memory order
    Mat<int8_t> mat(amem, 3,3,  false,true);    // matrix 3x3
    cout << (int)mat(1,0) << "\n";              // value for x=1 y=0 is 2 ok
...