如何在numpy中没有循环的大矩阵中分配方形子矩阵

Question

我如何对这个循环进行矢量化,这个循环使用numpy数组填充更大矩阵的两个正方形子矩阵(也保持更大的矩阵对称):

for x in range(n):
    assert m[x].shape == (n,)
    M[i:i+n,j+x] = m[x]
    M[j+x,i:i+n] = m[x]

这很诱人,但不同意上面的循环(参见下面的示例分歧):

assert m.shape == (n,n)
M[i:i+n,j:j+n] = m
M[j:j+n,i:i+n] = m

这是一个小例子(n> 1崩溃):

from numpy import arange,empty,NAN
from numpy.testing import assert_almost_equal

for n in (1,2,3,4):
    # make the submatrix
    m = (10 * arange(1, 1 + n * n)).reshape(n, n)

    N = n # example below, submatrix is the whole thing

    # M1 using loops, M2 "vectorized"
    M1 = empty((N, N))
    M2 = empty((N, N))
    M1.fill(NAN)
    M2.fill(NAN)

    i,j = 0,0 # not really used when (n == N)

    # this results in symmetric matrix
    for x in range(n):
        assert m[x].shape == (n,)
        M1[i:i+n,j+x] = m[x]
        M1[j+x,i:i+n] = m[x]

    # this does not work as expected
    M2[i:i+n,j:j+n] = m
    M2[j:j+n,i:i+n] = m

    assert_almost_equal(M1,M1.transpose(),err_msg="M not symmetric?")
    print "M1\n",M1,"\nM2",M2
    assert_almost_equal(M1,M2,err_msg="M1 (loop) disagrees with M2 (vectorized)")

我们最终得到:

M1 = [10 30
      30 40] # symmetric

M2 = [10 20
      30 40] # i.e. m

Answer 1

您的测试不正确：对于 i,j=0,0 您的 M2[]= 赋值只是覆盖相同的矩阵块。

使用 M1 时获得对称矩阵的原因是您在单个循环中分配 M1 值。

如果你将循环分成两部分：

for x in range(n):
      M1[i:i+n,j+x] = m[x]
for x in range(n): 
      M1[j+x,i:i+n] = m[x]

M1 显然与 M2 相同。

总结一下，以下代码可以工作（相当于您的 M2 计算）但是！仅当对角线上方和下方的块之间没有重叠时，它才会起作用。如果有的话你必须决定在那里做什么

xs=np.arange(4).reshape(2,2)
ys=np.zeros((7,7))
ys[i:i+n,j:j+n]=xs
ys[j:j+n,i:i+n]=xs.T
print ys
>> array([[ 0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  0.],
       [ 0.,  0.,  0.,  0.,  1.,  0.,  0.],
       [ 0.,  0.,  0.,  2.,  3.,  0.,  0.],
       [ 0.,  0.,  2.,  0.,  0.,  0.,  0.],
       [ 0.,  1.,  3.,  0.,  0.,  0.,  0.],
       [ 0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  0.],
       [ 0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  0.]])