从 NumPy 数组中随机选择单元格 - 无需替换

Question

我正在 NumPy 中编写一些建模例程，需要从 NumPy 数组中随机选择单元格并对它们进行一些处理。必须选择所有单元格而不进行替换（例如，一旦选择了单元格，就不能再次选择它，但最后必须选择所有单元格）。

我正在从 IDL 过渡，在那里我可以找到一个很好的方法来做到这一点，但我认为 NumPy 也有一个很好的方法来做到这一点。你有什么建议？

更新：我应该声明我正在尝试在 2D 数组上执行此操作，因此会返回一组 2D 索引。

Answer 1

如果您仍然需要原始数组，那么使用 numpy.random.shuffle 或 numpy.random.permutation 怎么样？

如果您需要就地更改数组，可以创建一个索引数组，如下所示：

your_array = <some numpy array>
index_array = numpy.arange(your_array.size)
numpy.random.shuffle(index_array)

print your_array[index_array[:10]]

Answer 2

所有这些答案对我来说似乎有点令人费解。

我假设您有一个多维数组，您想从中生成详尽的索引列表。您希望对这些索引进行打乱，以便您可以按随机顺序访问每个数组元素。

以下代码将以简单直接的方式执行此操作：

#!/usr/bin/python
import numpy as np

#Define a two-dimensional array
#Use any number of dimensions, and dimensions of any size
d=numpy.zeros(30).reshape((5,6))

#Get a list of indices for an array of this shape
indices=list(np.ndindex(d.shape))

#Shuffle the indices in-place
np.random.shuffle(indices)

#Access array elements using the indices to do cool stuff
for i in indices:
  d[i]=5

print d

打印 d 验证所有元素均已被访问。

请注意，数组可以具有任意数量的维度，并且维度可以是任意大小。

这种方法的唯一缺点是，如果d很大，那么索引可能会变得相当大。因此，如果有一个生成器就好了。可悲的是，我无法立即想到如何构建一个打乱的迭代器。

Answer 3

扩展 @WoLpH 的好答案

对于 2D 数组，我认为这取决于您想要或需要了解的内容指数。

您可以执行以下操作：

data = np.arange(25).reshape((5,5))

x, y  = np.where( a = a)
idx = zip(x,y)
np.random.shuffle(idx)

OR

data = np.arange(25).reshape((5,5))

grid = np.indices(data.shape)
idx = zip( grid[0].ravel(), grid[1].ravel() )
np.random.shuffle(idx)

然后您可以使用列表idx 根据需要迭代随机排序的二维数组索引，并获取该索引处的值data 保持不变。

注意：您也可以通过 itertools.product 生成随机排序的索引，以防您更熟悉这套工具。

Answer 4

使用 random.sample 生成 0 .. A.size 且不重复的整数，
然后将它们拆分为索引对：

import random
import numpy as np

def randint2_nodup( nsample, A ):
    """ uniform int pairs, no dups:
        r = randint2_nodup( nsample, A )
        A[r]
        for jk in zip(*r):
            ... A[jk]
    """
    assert A.ndim == 2
    sample = np.array( random.sample( xrange( A.size ), nsample ))  # nodup ints
    return sample // A.shape[1], sample % A.shape[1]  # pairs


if __name__ == "__main__":
    import sys

    nsample = 8
    ncol = 5
    exec "\n".join( sys.argv[1:] )  # run this.py N= ...
    A = np.arange( 0, 2*ncol ).reshape((2,ncol))

    r = randint2_nodup( nsample, A )
    print "r:", r
    print "A[r]:", A[r]
    for jk in zip(*r):
        print jk, A[jk]

Answer 5

假设您有一个大小为 8x3 的数据点数组，

data = np.arange(50,74).reshape(8,-1)

如果您确实想将所有索引采样为 2d 对，我能想到的最紧凑的方法是：

#generate a permutation of data's size, coerced to data's shape
idxs = divmod(np.random.permutation(data.size),data.shape[1])

#iterate over it
for x,y in zip(*idxs): 
    #do something to data[x,y] here
    pass

一般来说，Moe，人们通常不需要将二维数组作为二维数组来访问，只是为了对它们进行洗牌，在这种情况下，可以更加紧凑。只需对数组进行一维视图即可，这样就可以避免一些索引问题。

flat_data = data.ravel()
flat_idxs = np.random.permutation(flat_data.size)
for i in flat_idxs:
    #do something to flat_data[i] here
    pass

这仍然会按照您的意愿排列二维“原始”数组。要看到这一点，请尝试：

 flat_data[12] = 1000000
 print data[4,0]
 #returns 1000000

Answer 6

使用 numpy 1.7 或更高版本的人还可以使用内置函数 numpy.random.choice