将numpy数组添加到堆队列

Question

有人能解释一下为什么下面的代码会导致 ValueError 吗？

import heapq
import numpy as np

a = np.ones((2, 2), dtype=int)

states = []
heapq.heappush(states, (0, a))
heapq.heappush(states, (0, a.copy()))

错误信息是：

Traceback (most recent call last):
  File "x.py", line 8, in <module>
    heapq.heappush(states, (0, a.copy()))
ValueError: The truth value of an array with more than one element is ambiguous. Use a.any() or a.all()

在不将a.copy() 添加到堆中的情况下运行它可以正常工作，第二个/后续一个由于某种原因是一个问题。我确实知道[True, False, True] 数组存在未知的真值方面，并且无法从中确定单个True 或False，但为什么heapq 需要这样做？尤其是第二种情况？

Answer 1

TL;DR：因为如果 numpy 数组包含多个元素，则无法将其转换为布尔值。

---

关于堆的一些信息：

堆“排序”它们的内容（因此项目必须实现<，但这是一个实现细节）。

但是，您可以通过为项目创建tuples 将项目插入heap，其中第一个元素是某个值，第二个元素是数组。

比较元组首先检查第一个项目是否相等，如果它们相等，则检查第二个项目是否相等，依此类推，直到它们不相等，然后它会检查它是否更小（当操作为<时）或更大（对于>）。但是元组是用 C 实现的，== 检查与 Python 中的检查有点不同。它使用PyObject_RichCompareBool。尤其是“注意”在这里很重要

如果o1 和o2 是同一个对象，PyObject_RichCompareBool() 将始终为Py_EQ 返回 1，为 Py_NE 返回 0。

现在让我们转到 numpy 数组：

如果 numpy.array 包含多个项目，则无法将其转换为 bool：

>>> arr = np.array([1,2,3])
>>> bool(arr)
ValueError: The truth value of an array with more than one element is ambiguous. Use a.any() or a.all()

if 检查将条件隐式转换为布尔值：

>>> if arr: pass
ValueError: The truth value of an array with more than one element is ambiguous. Use a.any() or a.all()

即使在比较了 numpy 数组之后，它们仍然是 numpy 数组：

>>> arr > arr
array([False, False], dtype=bool)
>>> arr == arr
array([ True,  True], dtype=bool)

所以这些不能用==评估：

>>> if arr == arr: pass
ValueError: The truth value of an array with more than one element is ambiguous. Use a.any() or a.all()

因此，您不能将具有多个元素的 numpy 数组转换为布尔值！然而现在有趣的部分来了：heapq-模块使用PyObject_RichCompareBool()，所以它可以检查两个数组是否相等，但当且仅当它们是相同的！

这就是为什么它与多次传递的相同数组一起工作，但复制时失败：

>>> arr is arr
True
>>> arr is arr.copy()
False

Answer 2

当前答案没有讨论解决方案。 一种解决方法是将np.array 转换为tuple，然后再将其输入到heapq 处理的states 列表中。 tuple 函数仅适用于数组的第一维，因此一种快速的方法是首先展平数组：

states = []
heapq.heappush(states, (0, tuple(a.flat)))
heapq.heappush(states, (0, tuple(a.flat)))

或者，可以通过使用保留所有数组维度 （来自answer）：

def totuple(a):
    try:
        return tuple(totuple(i) for i in a)
    except TypeError:
        return a