NumPy 配列を効率的に位置調整 (シフト) するにはどうすればよいですか?

NumPy 配列の正当性

問題:

2048 ゲームのデモで使用するために、行列内のコンテンツをシフトするためのコードを最適化する方法が求められています。具体的には、行列内のゼロ以外の値を左、右、上、または下に移動するには関数が必要です。

NumPy を使用した解決策:

提供されたコードは、次のようなベクトル化されたアプローチを提供します。別の投稿:

def justify(a, invalid_val=0, axis=1, side='left'):
    """
    Justifies a 2D array

    Parameters
    ----------
    A : ndarray
        Input array to be justified
    axis : int
        Axis along which justification is to be made
    side : str
        Direction of justification. It could be 'left', 'right', 'up', 'down'
        It should be 'left' or 'right' for axis=1 and 'up' or 'down' for axis=0.

    """

    if invalid_val is np.nan:
        mask = ~np.isnan(a)
    else:
        mask = a!=invalid_val
    justified_mask = np.sort(mask,axis=axis)
    if (side=='up') | (side=='left'):
        justified_mask = np.flip(justified_mask,axis=axis)
    out = np.full(a.shape, invalid_val) 
    if axis==1:
        out[justified_mask] = a[mask]
    else:
        out.T[justified_mask.T] = a.T[mask.T]
    return out

サンプル実行:

In [473]: a # input array
Out[473]: 
array([[1, 0, 2, 0],
       [3, 0, 4, 0],
       [5, 0, 6, 0],
       [6, 7, 0, 8]])

In [474]: justify(a, axis=0, side='up')
Out[474]: 
array([[1, 7, 2, 8],
       [3, 0, 4, 0],
       [5, 0, 6, 0],
       [6, 0, 0, 0]])

In [475]: justify(a, axis=0, side='down')
Out[475]: 
array([[1, 0, 0, 0],
       [3, 0, 2, 0],
       [5, 0, 4, 0],
       [6, 7, 6, 8]])

In [476]: justify(a, axis=1, side='left')
Out[476]: 
array([[1, 2, 0, 0],
       [3, 4, 0, 0],
       [5, 6, 0, 0],
       [6, 7, 8, 0]])

In [477]: justify(a, axis=1, side='right')
Out[477]: 
array([[0, 0, 1, 2],
       [0, 0, 3, 4],
       [0, 0, 5, 6],
       [0, 6, 7, 8]])

一般的なケース(ndarray):

一般的な n 次元配列の場合、コードは次のように変更できます:

def justify_nd(a, invalid_val, axis, side):    
    """
    Justify ndarray for the valid elements (that are not invalid_val).

    Parameters
    ----------
    A : ndarray
        Input array to be justified
    invalid_val : scalar
        invalid value
    axis : int
        Axis along which justification is to be made
    side : str
        Direction of justification. Must be 'front' or 'end'.
        So, with 'front', valid elements are pushed to the front and
        with 'end' valid elements are pushed to the end along specified axis.
    """
    
    pushax = lambda a: np.moveaxis(a, axis, -1)
    if invalid_val is np.nan:
        mask = ~np.isnan(a)
    else:
        mask = a!=invalid_val
    justified_mask = np.sort(mask,axis=axis)
    
    if side=='front':
        justified_mask = np.flip(justified_mask,axis=axis)
            
    out = np.full(a.shape, invalid_val)
    if (axis==-1) or (axis==a.ndim-1):
        out[justified_mask] = a[mask]
    else:
        pushax(out)[pushax(justified_mask)] = pushax(a)[pushax(mask)]
    return out

サンプル実行 (ndarray):

In [87]: a
Out[87]: 
array([[[54, 57,  0, 77],
        [77,  0,  0, 31],
        [46,  0,  0, 98],
        [98, 22, 68, 75]],

       [[49,  0,  0, 98],
        [ 0, 47,  0, 87],
        [82, 19,  0, 90],
        [79, 89, 57, 74]],

       [[ 0,  0,  0,  0],
        [29,  0,  0, 49],
        [42, 75,  0, 67],
        [42, 41, 84, 33]],

       [[ 0,  0,  0, 38],
        [44, 10,  0,  0],
        [63,  0,  0,  0],
        [89, 14,  0,  0]]])

「前」へ、軸 =0 に沿って :

In [88]: justify_nd(a, invalid_val=0, axis=0, side='front')
Out[88]: 
array([[[54, 57,  0, 77],
        [77, 47,  0, 31],
        [46, 19,  0, 98],
        [98, 22, 68, 75]],

       [[49,  0,  0, 98],
        [29, 10,  0, 87],
        [82, 75,  0, 90],
        [79, 89, 57, 74]],

       [[ 0,  0,  0, 38],
        [44,  0,  0, 49],
        [42,  0,  0, 67],
        [42, 41, 84, 33]],

       [[ 0,  0,  0,  0],
        [ 0,  0,  0,  0],
        [63,  0,  0,  0],
        [89, 14,  0,  0]]])

軸 =1 に沿って:

In [89]: justify_nd(a, invalid_val=0, axis=1, side='front')
Out[89]: 
array([[[54, 57, 68, 77],
        [77, 22,  0, 31],
        [46,  0,  0, 98],
        [98,  0,  0, 75]],

       [[49, 47, 57, 98],
        [82, 19,  0, 87],
        [79, 89,  0, 90],
        [ 0,  0,  0, 74]],

       [[29, 75, 84, 49],
        [42, 41,  0, 67],
        [42,  0,  0, 33],
        [ 0,  0,  0,  0]],

       [[44, 10,  0, 38],
        [63, 14,  0,  0],
        [89,  0,  0,  0],
        [ 0,  0,  0,  0]]])

軸=2 に沿って:

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