python - 为覆盖所有的二维矩阵生成三个不重叠的掩码
问题描述
我有一个二维数组,我想通过掩码生成将它分成 3 个非重叠和随机子矩阵。例如,我有一个如下矩阵:
input = [[1,2,3],
[4,5,6],
[7,8,9]]
我想要三个随机的零一掩码,如下所示:
mask1 = [[0,1,0],
[1,0,1],
[0,0,0]]
mask2 = [[1,0,0],
[0,1,0],
[1,0,0]]
mask3 =[[0,0,1],
[0,0,0],
[0,1,1]]
但是我的输入矩阵太大了,我需要快速完成。我还想确定每个掩码的比率作为输入。在上面的示例中,所有掩码的比率都相等。为了生成一个随机掩码,我使用以下代码:
np.random.choice([0, 1],size=(size of matrix[0],size of matrix[1]))
我的问题是如何制作不重叠的蒙版。
解决方案
IIUC,你可以做一个0、1、2的随机矩阵,然后提取m == 0、m == 1、m == 2的值:
groups = np.random.randint(0, 3, (5,5))
masks = (groups[...,None] == np.arange(3)[None,:]).T
但是,这不能保证每个掩码中的元素数量相等。为此,您可以置换平衡分配:
a = np.arange(25).reshape(5,5) # dummy input
groups = np.random.permutation(np.arange(a.size) % 3).reshape(a.shape)
masks = (groups[...,None] == np.arange(3)[None,:]).T
如果您希望随机概率在一个组中:
groups = np.random.choice([0,1,2], p=[0.3, 0.6, 0.1], size=a.shape)
或者其他的东西。您需要做的就是决定如何将单元格分配给groups
,然后您就可以构建您的蒙版。
例如:
In [431]: groups = np.random.permutation(np.arange(a.size) % 3).reshape(a.shape)
In [432]: groups
Out[432]:
array([[1, 0, 0, 2, 0],
[1, 2, 0, 0, 1],
[2, 0, 2, 0, 2],
[1, 1, 2, 1, 0],
[2, 2, 1, 1, 0]], dtype=int32)
In [433]: masks = (groups[...,None] == np.arange(3)[None,:]).T
In [434]: masks
Out[434]:
array([[[False, False, False, False, False],
[ True, False, True, False, False],
[ True, True, False, False, False],
[False, True, True, False, False],
[ True, False, False, True, True]],
[[ True, True, False, True, False],
[False, False, False, True, False],
[False, False, False, False, True],
[False, False, False, True, True],
[False, True, False, False, False]],
[[False, False, True, False, True],
[False, True, False, False, True],
[False, False, True, True, False],
[ True, False, False, False, False],
[False, False, True, False, False]]])
这给了我一个完整的面具:
In [450]: masks.sum(axis=0)
Out[450]:
array([[1, 1, 1, 1, 1],
[1, 1, 1, 1, 1],
[1, 1, 1, 1, 1],
[1, 1, 1, 1, 1],
[1, 1, 1, 1, 1]])
并且合理平衡。如果单元格的数量是 3 的倍数,那么这些数字都会一致。
In [451]: masks.sum(2).sum(1)
Out[451]: array([9, 8, 8])
如果您愿意,可以使用.astype(int)
将 bool 数组转换为 0 和 1 的 int 数组。
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