检查两个 3D numpy 数组是否包含重叠的 2D 数组答案

【问题标题】：Check if two 3D numpy arrays contain overlapping 2D arrays检查两个 3D numpy 数组是否包含重叠的 2D 数组
【发布时间】：2019-07-14 11:22:33
【问题描述】：

我有两个非常大的 numpy 数组，它们都是 3D 的。我需要找到一种有效的方法来检查它们是否重叠，因为首先将它们都变成集合需要太长时间。我尝试使用我在此处找到的另一种解决方案来解决同样的问题，但适用于 2D 数组，但我没有设法使其适用于 3D。这是 2D 的解决方案：

nrows, ncols = A.shape
dtype={'names':['f{}'.format(i) for i in range(ndep)],
       'formats':ndep * [A.dtype]}
C = np.intersect1d(A.view(dtype).view(dtype), B.view(dtype).view(dtype))
# This last bit is optional if you're okay with "C" being a structured array...
C = C.view(A.dtype).reshape(-1, ndep)

（其中 A 和 B 是二维数组）我需要找到重叠的 numpy 数组的数量，但不是特定的。

【问题讨论】：

不确定这是否是您的意图，但您可以检查每个暗淡的交点，然后与结果相交
没有。在我的场景中，在第二和第三维度中有一个对象。我想检查这些对象是否出现在另一个数组中，如果有，有多少。
如果两个 3D 数组相交，您将如何定义？你能添加最少的样本数据吗？
“相交”是什么意思？在数学上，这个概念只适用于集合，不适用于矩阵。
对象是图像。图像是二维的，它们是一个数组。我想检查出现在一个数组中的某些图像是否也出现在另一个数组中。抱歉之前的解释不好

标签： python arrays numpy multidimensional-array numpy-ndarray

【解决方案1】：

我们可以利用views 使用我在几个问答中使用过的辅助函数。为了获得子数组的存在，我们可以在视图上使用np.isin，或者使用更费力的np.searchsorted。

方法#1：使用np.isin -

# https://stackoverflow.com/a/45313353/ @Divakar
def view1D(a, b): # a, b are arrays
    a = np.ascontiguousarray(a)
    b = np.ascontiguousarray(b)
    void_dt = np.dtype((np.void, a.dtype.itemsize * a.shape[1]))
    return a.view(void_dt).ravel(),  b.view(void_dt).ravel()

def isin_nd(a,b):
    # a,b are the 3D input arrays to give us "isin-like" functionality across them
    A,B = view1D(a.reshape(a.shape[0],-1),b.reshape(b.shape[0],-1))
    return np.isin(A,B)

方法#2：我们还可以在views 上利用np.searchsorted -

def isin_nd_searchsorted(a,b):
    # a,b are the 3D input arrays
    A,B = view1D(a.reshape(a.shape[0],-1),b.reshape(b.shape[0],-1))
    sidx = A.argsort()
    sorted_index = np.searchsorted(A,B,sorter=sidx)
    sorted_index[sorted_index==len(A)] = len(A)-1
    idx = sidx[sorted_index]
    return A[idx] == B

因此，这两种解决方案为我们提供了 a 中的每个子数组在 b 中的存在掩码。因此，要获得我们想要的计数，它将是 - isin_nd(a,b).sum() 或 isin_nd_searchsorted(a,b).sum()。

示例运行 -

In [71]: # Setup with 3 common "subarrays"
    ...: np.random.seed(0)
    ...: a = np.random.randint(0,9,(10,4,5))
    ...: b = np.random.randint(0,9,(7,4,5))
    ...: 
    ...: b[1] = a[4]
    ...: b[3] = a[2]
    ...: b[6] = a[0]

In [72]: isin_nd(a,b).sum()
Out[72]: 3

In [73]: isin_nd_searchsorted(a,b).sum()
Out[73]: 3

大型数组的计时 -

In [74]: # Setup
    ...: np.random.seed(0)
    ...: a = np.random.randint(0,9,(100,100,100))
    ...: b = np.random.randint(0,9,(100,100,100))
    ...: idxa = np.random.choice(range(len(a)), len(a)//2, replace=False)
    ...: idxb = np.random.choice(range(len(b)), len(b)//2, replace=False)
    ...: a[idxa] = b[idxb]

# Verify output
In [82]: np.allclose(isin_nd(a,b),isin_nd_searchsorted(a,b))
Out[82]: True

In [75]: %timeit isin_nd(a,b).sum()
10 loops, best of 3: 31.2 ms per loop

In [76]: %timeit isin_nd_searchsorted(a,b).sum()
100 loops, best of 3: 1.98 ms per loop

【讨论】：