将数组广播到不同的形状（添加“虚假”维度）

Question

将数组广播到不同的形状（添加“虚假”维度）

pythonarraysnumpyfortranarray-broadcasting

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在Python中（使用NumPy），我可以将一个数组广播到不同的形状：

>>> import numpy as np
>>> a = np.array([2,3,4])
>>> b = np.zeros((3,2))
>>> b[:,:] = np.zeros((3,2))
>>> b[:,:] = a[:,np.newaxis]  #<-- np.newaxis allows `a` to be "broadcasted" to the same shape as b.
>>> b
array([[ 2.,  2.],
       [ 3.,  3.],
       [ 4.,  4.]])
>>> c = np.zeros((2,3))
>>> c[:,:] = a[np.newaxis,:]
>>> c
array([[ 2.,  3.,  4.],
       [ 2.,  3.,  4.]])

有没有办法在fortran中实现相同的效果？我有一个子程序，期望传入一个2D数组 - 我想像上面演示的那样将我的1-D数组“广播”到2-D。由于似乎很重要，我的2D数组确实具有显式接口。

顺便说一句，我认为这个功能可能由reshape内置函数提供， - 如下所示：

real,dimension(3) :: arr1d
reshape(arr1d, (/3,3/), order=(/1,/1))

但是在阅读文档后，我不认为这是可能的，因为order似乎需要包含所有数字1到"N"。

编辑：为了更清楚一些，我正在寻找一种简单的方法来创建一些转换输入a，使得：

情况1

b(i,j) .eq. a(i)  !for all j, or even just j=1,2

和

情况 2

b(j,i) .eq. a(i)  !for all j, or even just j=1,2

任意维度的加分¹:

b(i,j,k) .eq. a(i,j)
b(i,k,j) .eq. a(i,j)

etc.

^{¹免责声明--我实际上没有SO超能力来赋予回答者额外加分;-)}

- mgilson

@HighPerformanceMark -- 这是一个好观点。也许我会尝试一下。（因为我以前从未尝试过，所以没有想到） - mgilson

2个回答

1

使用reshape内置函数可以将一维数组复制到二维数组中。如果使用足够新的Fortran编译器，还有一种指针技术可供选择。指针提供了第二种引用存储的方式，避免了复制。方法是“指针边界重映射”。示例：

program array_tst

  integer, dimension (4), target :: array_1d
  integer, dimension (:,:), pointer :: array_2d

  array_1d = [ 1, 2, 3, 4 ]

  array_2d (1:2, 1:2) => array_1d

  write (*, *) array_2d (1,1), array_2d (1,2), array_2d (2,1), array_2d (2,2)

end program array_tst

请参见Fortran中更改数组维度

P.S. 回复评论...如果您不介意复制数组，可以使用reshape：

program array_reshape

  integer, dimension (4) :: array_1d
  integer, dimension (2, 2) :: array_2d

  array_1d = [ 1, 2, 3, 4 ]

  array_2d = reshape ( array_1d, [2,2] )

  write (*, *) array_2d (1,1), array_2d (1,2), array_2d (2,1), array_2d (2,2)

end program array_reshape

- M. S. B.

等等——我有点困惑——这怎么能让我使用reshape来实现我提出的功能呢？其实我并不担心这里的复制……如果这有什么区别的话。 - mgilson

另外，顺便提一下，我的 gfortran 版本尚未实现 - 我认为我们的代码（我现在刚刚更新到Fortran90！）还没有准备好使用这种最前沿的东西;-) - mgilson

我觉得你误解了。对于一个长度为4的输入数组，我不是想要得到形状为(2,2)的东西。我想要得到形状为(4,2)、(2,4)或(N,4)的东西。我想要得到这两种情况。例如，可以通过以下方式实现：do i=1,2; array_2d(i,:) = array_1d; enddo。 - mgilson

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可以查看英文原文，
原文链接

- High Performance Mark · Accepted Answer

我不确定您想要实现什么，但以下几个片段可能会有所帮助。 reshape 可以使用可选参数 pad，在将数组重新塑形为比原来元素更多的数组时，可以用它来提供所需的“额外”元素。例如，从 3x4 调整到 2x4x2。

您可能还对 spread 函数感兴趣，它是为了“提升”数组而设计的，即将一个秩为 N 的数组输入，输出一个秩为 N+1 的数组。您第二次复制中的片段可以重写为：

array2d = spread(array1d,2,2)

在这个例子中，第二个参数是沿着哪个维度将第一个参数展开以生成输出的维度。第三个参数是要生成的输入数组的副本数。

PS：调用 spread 的应该是 spread(array1d,1,2)，我没有检查它。

编辑：针对 OP 编辑问题的回应

两种情况，1 和 2，分别通过在维度 2 和 1 上进行展开来满足。在 Fortran 中。

b = spread(a,2,j)

并且

b = spread(a,1,j)

由于spread返回的数组比其第一个参数的秩高1，因此它提供了所需的任意维度。但是，由于显示秩为3或更高的数组占用空间太大，因此我不会展示。