将Numpy数组转换为稀疏字典的最快方法是什么？

Question

我可以帮您将以下内容翻译成中文：

我希望尽快将一个numpy数组转换为稀疏字典。让我详细说明一下：

给定数组：

numpy.array([12,0,0,0,3,0,0,1])

我希望能够制作这个字典：

{0:12, 4:3, 7:1}

如您所见，我们只是将序列类型转换为从非零索引到其值的显式映射。

为了使这更有趣一些，我提供以下测试工具来尝试替代方案：

from timeit import Timer

if __name__ == "__main__":
  s = "import numpy; from itertools import izip; from numpy import nonzero, flatnonzero; vector =         numpy.random.poisson(0.1, size=10000);"

  ms = [ "f = flatnonzero(vector); dict( zip( f, vector[f] ) )"
             , "f = flatnonzero(vector); dict( izip( f, vector[f] ) )"
             , "f = nonzero(vector); dict( izip( f[0], vector[f] ) )"
             , "n = vector > 0; i = numpy.arange(len(vector))[n]; v = vector[n]; dict(izip(i,v))"
             , "i = flatnonzero(vector); v = vector[vector > 0]; dict(izip(i,v))"
             , "dict( zip( flatnonzero(vector), vector[flatnonzero(vector)] ) )"
             , "dict( zip( flatnonzero(vector), vector[nonzero(vector)] ) )"
             , "dict( (i, x) for i,x in enumerate(vector) if x > 0);"
             ]
  for m in ms:
    print "  %.2fs" % Timer(m, s).timeit(1000), m

我正在使用泊松分布来模拟我感兴趣的转换数组。

这是目前为止我的结果：

   0.78s f = flatnonzero(vector); dict( zip( f, vector[f] ) )
   0.73s f = flatnonzero(vector); dict( izip( f, vector[f] ) )
   0.71s f = nonzero(vector); dict( izip( f[0], vector[f] ) )
   0.67s n = vector > 0; i = numpy.arange(len(vector))[n]; v = vector[n]; dict(izip(i,v))
   0.81s i = flatnonzero(vector); v = vector[vector > 0]; dict(izip(i,v))
   1.01s dict( zip( flatnonzero(vector), vector[flatnonzero(vector)] ) )
   1.03s dict( zip( flatnonzero(vector), vector[nonzero(vector)] ) )
   4.90s dict( (i, x) for i,x in enumerate(vector) if x > 0);

正如您所看到的，我找到的最快解决方案是

n = vector > 0;
i = numpy.arange(len(vector))[n]
v = vector[n]
dict(izip(i,v))

有更快的方法吗？

编辑： 步骤

i = numpy.arange(len(vector))[n]

这种方法似乎特别笨拙——在选择少量元素时先生成整个数组，尤其是当我们知道只有大约十分之一的元素会被选择时。我认为这个方法仍然可以改进。

- saffsd

Answer 1

>>> a=np.array([12,0,0,0,3,0,0,1])
>>> {i:a[i] for i in np.nonzero(a)[0]}
{0: 12, 4: 3, 7: 1}

- Irshad Bhat

Answer 2

使用Scipy中的稀疏矩阵作为桥梁：

from scipy.sparse import *
import numpy
a=numpy.array([12,0,0,0,3,0,0,1])
m=csr_matrix(a)

d={}
for i in m.nonzero()[1]:
  d[i]=m[0,i]
print d

- Eluli

Answer 3

以下似乎是一个重大的改进：

i = np.flatnonzero(vector)
dict.fromkeys(i.tolist(), vector[i].tolist())

时间：

import numpy as np
from itertools import izip

vector = np.random.poisson(0.1, size=10000)

%timeit f = np.flatnonzero(vector); dict( izip( f, vector[f] ) )
# 1000 loops, best of 3: 951 µs per loop

%timeit f = np.flatnonzero(vector); dict.fromkeys(f.tolist(), vector[f].tolist())
# 1000 loops, best of 3: 419 µs per loop

我也尝试过使用scipy.sparse.dok_matrix和pandas.DataFrame.to_dict，但在我的测试中它们比原来的方法更慢。

- user2379410

Answer 4

你可以使用 np.unique 并加上 return_index=True 参数：

>>> import numpy as np

>>> arr = np.array([12,0,0,0,3,0,0,1])

>>> val, idx = np.unique(arr, return_index=True)
>>> mask = val != 0                                # exclude zero
>>> dict(zip(idx[mask], val[mask]))                # create the dictionary
{0: 12, 4: 3, 7: 1}

通常情况下，使用list进行迭代比使用numpy.array更快，因此当您使用tolist将它们转换为列表时，您可能会更快：

>>> dict(zip(idx[mask].tolist(), val[mask].tolist()))

时间

对于短数组，这种方法可能会更慢，但根据我的计时，在处理大数组时比其他方法更快：

import numpy as np
from scipy.sparse import csr_matrix

arr = np.random.randint(0, 10, size=10000)  # 10k items
arr[arr < 7] = 0                            # make it sparse

# ----------

%timeit {i:arr[i] for i in np.nonzero(arr)[0]}
# 3.7 ms ± 51 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)

# ----------

%%timeit

val, idx = np.unique(arr, return_index=True)
mask = val != 0
dict(zip(idx[mask].tolist(), val[mask].tolist()))

# 844 µs ± 42.7 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

# ----------

%%timeit

m=csr_matrix(a)

d={}
for i in m.nonzero()[1]:
    d[i]=m[0,i]

# 1.52 s ± 57.4 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)

- MSeifert

Answer 5

尝试过这个吗？

从numpy导入where

i = where(vector > 0)[0]

- icy

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这不是与flatnonzero相同吗？而且，为什么你不试一下呢（他甚至发布了他的测试工具）？如果你真的能证明它更快，我会给你点赞的。 - Kiv