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python - Python - 根据距离关联两个点列表

问题描述

我有两组 n 点，作为 Numpy 数组，以随机顺序排列。我必须根据距离（L2）将两个列表之间的点关联起来，以便 list1 中的每个点都有一个且唯一的对应点，即距离 list2 最接近的点。

我的问题：就计算时间而言，最快的方法是什么？

现在，我计算对称交叉范数矩阵（使用scipy.spatial.distance_matrix）并通过循环从那里对点进行排序，以找到整个矩阵中的最低范数。然后删除相应的行和列并迭代直到矩阵为空。我想知道是否有一种已知的更快的方法来做到这一点。

[编辑]：这是我得到的代码和示例

import numpy as np
import numpy.ma as ma
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.spatial import distance_matrix

rng = np.random.default_rng()
lst1 = rng.random((10, 2))
lst2 = lst1 + 0.1 * rng.standard_normal(lst1.shape)  # rng.random((10, 2))

mask = np.zeros((len(lst1), len(lst2)), dtype=bool)
dst = ma.array(distance_matrix(lst1, lst2), mask=mask)

ord_lst1 = []
ord_lst2 = []
for i in range(min(len(lst1), len(lst2))):
    index = np.unravel_index(np.argmin(dst), shape=dst.shape)
    ord_lst1.append(lst1[index[0], :])
    ord_lst2.append(lst2[index[1], :])

    dst[index[0], :] = ma.masked
    dst[:, index[1]] = ma.masked

fig = plt.figure()
plt.grid(True)
plt.scatter(x=lst1[:, 0], y=lst1[:, 1], label="list1")
plt.scatter(x=lst2[:, 0], y=lst2[:, 1], label="list2")
for p1, p2 in zip(ord_lst1, ord_lst2):
    plt.plot((p1[0], p2[0]), (p1[1], p2[1]), "--", color="black")
plt.legend()

输出如下： 期望的输出

正如你所看到的，两个非常间隔的点之间的巨大关联可能会令人不安。但是，list1 在 (0.4, 0.6) 中的点与右上角的 list2 最接近，因此建立了关联并排除了这两个点的进一步关联。

谢谢 ：）

标签： pythonalgorithmnumpygeometry

解决方案

查看 scipy.spatial.KDTree https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.spatial.KDTree.html

从列表 2 构建 kdTree，并在列表 1 中的每个点查询它

以下代码段未经测试，因此可能需要调试。这应该是您自己设计的开始

#L1 is numpy array with shape (N,2)
#L2 is numpy array with shape (N,2)
import scipy.spatial
tree=scipy.spatial.KDTree(L2)
assoc=[]
for I1,point in enumerate(L1):
    _,I2 = tree.query(point,k=1)
    assoc.append((I1,I2))

该assoc变量包含作为索引元组列表的最终关联

编辑：为了帮助解决非唯一关联问题，第一步可能是运行 KDtree 算法两次，一次使用“主列表”L1，一次使用“主列表”L2，然后仅保留两者之间共有的关联。然后，您可以将剩余点作为特殊情况处理。

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