如何检测numpy数组中元素的符号变化

Question

我有一个包含正数和负数的numpy数组。

a = array([1,1,-1,-2,-3,4,5])

我想创建另一个数组，其中包含在发生符号更改的每个索引处的值（例如，如果当前元素为正数且上一个元素为负数，反之亦然）。

对于上面的数组，我期望得到以下结果

array([0,0,1,0,0,1,0])

或者，将数组中符号变化发生的位置的列表或布尔值列表作为0和1的替代，都可以。

- Robert Christie

Answer 1

类似以下内容

a = array([1,1,-1,-2,-3,4,5])
asign = np.sign(a)
signchange = ((np.roll(asign, 1) - asign) != 0).astype(int)
print signchange
array([0, 0, 1, 0, 0, 1, 0])

现在，numpy.roll执行循环移位，因此如果最后一个元素与第一个元素的符号不同，则signchange数组中的第一个元素将为1。如果不希望这样，当然可以进行简单的操作

signchange[0] = 0

同时，np.sign函数认为0具有自己的符号，不同于正数或负数。例如，在输入数组[-1, 0, 1]时，"signchange"数组的值将为[0, 1, 1]，即使零线只被“穿过”一次。如果不希望发生这种情况，可以插入以下代码：

sz = asign == 0
while sz.any():
    asign[sz] = np.roll(asign, 1)[sz]
    sz = asign == 0

在第一个示例中的第2行和第3行之间。

- janneb

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请注意，如果最后一个元素与第一个元素符号不同，则第一个位置将显示符号更改。它还将认为0与正数或负数的符号不同。因此，[-1, 0, 1] 将给出 signchange = [1, 1, 1]。这可能是期望的行为，但我想指出这一点。 - tgray

@tgray 是的，我修改了我的答案，指出如何修复这些问题（如果需要）。 - janneb

Answer 2

(numpy.diff(numpy.sign(a)) != 0)*1

- Christian Alis

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伟大的解决方案...现在，如何优雅地对每行进行符号变化总和？ - pythlang

指定 diff 和 sum 的轴。 - Christian Alis

*1是什么作用？ - undefined

将True转换为1，将False转换为0。 - undefined

Answer 3

确定符号变化位置的三种方法

import numpy as np
a = np.array([1,1,-1,-2,-3,4,5])

方法1：将数组中相邻的数相乘并找出负数

idx1 = np.where(a[:-1] * a[1:] < 0 )[0] +1
idx1
Out[2]: array([2, 5], dtype=int64)

%timeit np.where(a[:-1] * a[1:] < 0 )[0] + 1
4.31 µs ± 15.1 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

方法2（最快）：相邻符号不相等的情况

idx2 = np.where(np.sign(a[:-1]) != np.sign(a[1:]))[0] + 1
idx2
Out[4]: array([2, 5], dtype=int64)

%timeit np.where(np.sign(a[:-1]) != np.sign(a[1:]))[0] + 1
3.94 µs ± 20.4 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

方法三：由ianalis提出。这可能是最优雅的方法，但速度稍慢。

idx3 = np.where(np.diff(np.sign(a)) != 0)[0] + 1
idx3
Out[6]: array([2, 5], dtype=int64)

%timeit np.where(np.diff(np.sign(a)) != 0)[0] + 1
9.7 µs ± 36.2 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

编辑：

对于大型数组，方法1是最佳选择。

- DougR

Answer 4

关于将“严格”符号从正变为负、从负变为正（不包括零）的另一个想法：

a = np.array([0.4, 0.5, -0.2, -0.6, 5, 0, 0, 5, 0,-2])

# Get associated index
ind =np.arange(len(a))

# remove zero from array but keep original index
a2 =a[a!=0.]
ind2  =ind[a!=0.]

# Detect sign changes in reduced array
idx=np.where(np.diff(np.sign(a2)) != 0)[0] + 1

# Get sign changes index for original array
ind2[idx]

array([2, 4, 9])

- lhoupert

Answer 5

怎么样？

[0 if x == 0 else 1 if numpy.sign(a[x-1]) != numpy.sign(y) else 0 for x, y in enumerate(a)]

numpy.sign会将0赋予它自己的符号，因此0将成为除了其他0之外的任何数的符号变化，这可能是您想要的。

- Personman

Answer 6

以上的答案使用了列表推导和一些numpy魔法来获得您想要的结果。这里是一个非常直接，虽然有点复杂的方法来做同样的事情：

import numpy as np

arr = np.array([1,1,-1,-2,-3,4,5])

result = []
for i, v in enumerate(arr):
    if i == 0:
        change = False
    elif v < 0 and arr[i-1] > 0:
        change = True
    elif v > 0 and arr[i-1] < 0:
        change = True
    else:
        change = False

    result.append(change)

print result

- Jon

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它不会在 np.array([1,0,-1]) 中注册更改。 - Justin Peel

Answer 7

对于这个问题的直接解释，其中0不是它们自己的情况，使用greater比sign可能更容易。以下是一个例子：

a = array([1, 1, -1, -2, -3, 0, 4, 0, 5, 6])

x = greater_equal(a, 0)
sign_change = x[:-1]-x[1:]

当使用 T 或 F 输出时，可以表示不同数字之间的符号变化：

 1 F 1 T -1 F -2 F -3 T 0 F 4 F 0 F 5 F 6

当使用以下方式打印：

print `a[0]`+"".join([(" T" if sign_change[i] else " F")+" "+`a[i+1]` for i in range(len(sign_change))])

还要注意，这个数组比原来的短一个元素，这是有道理的，因为你要求改变符号。如果你想包括最后一个和第一个元素之间的变化，你可以使用roll，正如其他人建议的那样。

- tom10

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现在这段代码无法运行。它会报错：TypeError: numpy boolean subtract, the - operator, is deprecated, use the bitwise_xor, the ^ operator, or the logical_xor function instead. 请使用其他解决方案。 - shantanu pathak

Answer 8

如果您只对一种方向的变化感兴趣（从负值到正值（包括零）以下）：

arr = np.array([1,1,-1,-2,-3,4,5])

np.where(np.diff((arr>=0)*1)==1)

返回符号改变前每个最后一个负值的索引

- Gwénolé