Python:证明 NumPy 数组的正确性

2024-12-02 08:41:00
admin
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158
摘要:问题描述:请帮忙,我有点新Python,但感觉很好,我可以说 Python 非常性感,直到我需要移动 4x4 矩阵的内容,我想用它来构建 2048 游戏,游戏演示就在这里,我有这个函数def cover_left(matrix): new=[[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0...

问题描述:

请帮忙,我有点新Python,但感觉很好,我可以说 Python 非常性感,直到我需要移动 4x4 矩阵的内容,我想用它来构建 2048 游戏,游戏演示就在这里,我有这个函数

def cover_left(matrix):
        new=[[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0]]
        for i in range(4):
             count=0
             for j in range(4):
                if mat[i][j]!=0:
                    new[i][count]=mat[i][j]
                    count+=1
        return new

如果你像这样调用它,那么这个函数会执行以下任务

cover_left([
              [1,0,2,0], 
              [3,0,4,0], 
              [5,0,6,0], 
              [0,7,0,8]
          ])

它将覆盖左边的零并产生

[  [1, 2, 0, 0],
   [3, 4, 0, 0],
   [5, 6, 0, 0],
   [7, 8, 0, 0]]

我需要有人能帮助我找到一种numpy方法来做到这一点,我相信这种方法会更快,需要的代码更少(我使用深度优先搜索算法),更重要的是cover_up实现cover_downcover_left

`cover_up`
    [  [1, 7, 2, 8],
       [3, 0, 4, 0],
       [5, 0, 6, 0],
       [0, 0, 0, 0]]
`cover_down`
    [  [0, 0, 0, 0],
       [1, 0, 2, 0],
       [3, 0, 4, 0],
       [5, 7, 6, 8]]
`cover_right`
    [  [0, 0, 1, 2],
       [0, 0, 3, 4],
       [0, 0, 5, 6],
       [0, 0, 7, 8]]

解决方案 1:

这是一个受四个方向启发this other post并推广的矢量化方法 -non-zeros

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

样本运行 -

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]])

通用情况(ndarray)

对于 ndarray,我们可以将其修改为 -

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

样本运行 -

输入数组:

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]]])

'front',沿着axis =0

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]]])

沿着axis=1

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]]])

沿着axis=2

In [90]: justify_nd(a, invalid_val=0, axis=2, side='front')
Out[90]: 
array([[[54, 57, 77,  0],
        [77, 31,  0,  0],
        [46, 98,  0,  0],
        [98, 22, 68, 75]],

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

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

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

'end'

In [94]: justify_nd(a, invalid_val=0, axis=2, side='end')
Out[94]: 
array([[[ 0, 54, 57, 77],
        [ 0,  0, 77, 31],
        [ 0,  0, 46, 98],
        [98, 22, 68, 75]],

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

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

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

解决方案 2:

感谢这一切,这是我后来使用的

def justify(a, direction):
    mask = a>0
    justified_mask = numpy.sort(mask,0) if direction == 'up' or direction =='down' else numpy.sort(mask, 1)
    if direction == 'up':
        justified_mask = justified_mask[::-1]
    if direction =='left':
        justified_mask = justified_mask[:,::-1]
    if direction =='right':
        justified_mask = justified_mask[::-1, :]    
    out = numpy.zeros_like(a) 
    out.T[justified_mask.T] = a.T[mask.T]
    return out
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