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Numpy中的Broadcasting机制

程序员文章站 2022-05-28 11:52:11
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1、设计背景

不同矩阵做算数运算的时候,由于维度不同,需要进行维度扩展,但是维度扩展会造成计算效率降低,Numpy为了解决此问题,采用了虚拟维度扩展机制,既保证计算合理,又提升效率。
例如:

a = np.array([1.,2.,3.])
b = np.array([1.,1.,1.])
c = 1.
d = a + b
e = a + c
print("d:", d)
print("e:", d)

求解e的时候,理论上应该将c转换为[1.,1.,1.],但是numpy实际并未转化,但是自动满足了计算要求。

2、原理

做算数运算的时候,Numpy自动检查前后两个变量的维度,决定是否可以进行算数运算。
检查方法:从后向前对两个向量的维度进行遍历,如果值相同或者其中一个值为1,则满足要求,否则不满足,直到至少一个变量的维度遍历结束。
例1:A 的shape为[2,3,5],B的shape为[1,5],最后一维都是5,满足要求,倒数第二维有一个为1,满足要求,B结束,满足要求。
例1:C 的shape为[2,2,5],D的shape为[5,5],最后一维都是5,满足要求,倒数第二维一个为2,一个为5,不满足要求,抛出维度错误。
结果维度:检查过程中,相应维度取最大值,在其中一个遍历结束时候,复制另一个变量的剩余维度。那么,上例的结果维度是[2,3,5]。
结果内容
Numpy中的Broadcasting机制
Numpy中的Broadcasting机制

3、引用文章

https://docs.scipy.org/doc/numpy/user/basics.broadcasting.html
https://numpy.org/devdocs/user/theory.broadcasting.html

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