NumPy：填充数组中 1 周围的字段答案

【问题标题】：NumPy: fill fields surrounding a 1 in an arrayNumPy：填充数组中 1 周围的字段
【发布时间】：2016-10-24 16:22:52
【问题描述】：

假设我有一个如下所示的 4x4 矩阵：

[[0, 0, 0, 0]
 [0, 0, 1, 0]
 [0, 0, 0, 0]
 [0, 0, 0, 0]]

我想编写一个函数，将一个周围的所有 4 个字段都转换为 1。

上面的矩阵会变成：

[[0, 0, 1, 0]
 [0, 1, 1, 1]
 [0, 0, 1, 0]
 [0, 0, 0, 0]]

我知道使用 if 语句可以做到这一点，但我真的想优化我的代码。

矩阵只包含 0 和 1。如果 1 在矩阵的边缘，则 1 不应该环绕，即如果最左边的字段是 1，最右边的字段仍然保持在 0。另外，我使用的是 Python 3.5

有没有更数学或更简洁的方法来做到这一点？

【问题讨论】：

如果有2怎么办？如果相邻字段已经是1 怎么办？ 1 只有一个吗？它可以在“边缘”吗？那么，应该把它包起来吗？
刚刚编辑了原帖。非常感谢您的评论
所以，对于边界元素，我们不会有 4 个邻居，而是 2 或 3 个邻居。那么，我们只会在那些中填写 1 吗？
是的，完全正确。我知道这听起来很奇怪，但是解释这个任务的背景故事需要很长时间并且是无关紧要的。如果你愿意，我当然可以给你解释

标签： python arrays numpy matrix

【解决方案1】：

这看起来像二元膨胀。 SciPy 中有一个函数可以有效地实现这一点：

>>> from scipy.ndimage import binary_dilation
>>> x
array([[0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0],
       [0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0]])

>>> binary_dilation(x).astype(int)
array([[0, 0, 1, 0],
       [0, 1, 1, 1],
       [0, 0, 1, 0],
       [0, 0, 0, 0]])

边缘处的 1 将按照您指定的方式处理（即不换行）。

有关更多选项和参数，请参阅documentation。

【讨论】：

【解决方案2】：

FWIW，这是一种仅使用 Numpy 的方法。我们用零的行和列填充原始数据，然后将填充数组的按位或偏移副本放在一起。

import numpy as np

def fill(data):
    rows, cols = data.shape
    padded = np.pad(data, 1, 'constant', constant_values=0)
    result = np.copy(data)
    for r, c in ((0, 1), (1, 0), (1, 2), (2, 1)):
        result |= padded[r:r+rows, c:c+cols]
    return result

data = np.asarray(
    [
        [0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 1, 0],
        [0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0],
    ], dtype='uint8')
print(data, '\n')

result = fill(data)
print(result)

输出

[[0 0 0 0]
 [0 0 1 0]
 [0 0 0 0]
 [0 0 0 0]] 

[[0 0 1 0]
 [0 1 1 1]
 [0 0 1 0]
 [0 0 0 0]]

【讨论】：

非常感谢。出于性能原因，我将使用此任务的 scipy 版本，但很高兴了解该功能背后的理论