比较两个NumPy数组的元素是否相等

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什么是比较两个NumPy数组是否相等的最简单方法(其中相等被定义为:A = B当且仅当对于所有索引i: A [i] == B [i] )?
只使用 == 会得到一个布尔数组:
 >>> numpy.array([1,1,1]) == numpy.array([1,1,1])

array([ True,  True,  True], dtype=bool)

我是否需要将该数组的元素and起来才能确定两个数组是否相等,还是有更简单的比较方法?

8个回答

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(A==B).all()

测试数组中的所有值是否都为True(A==B)。

注意:您可能还想测试A和B的形状,例如A.shape == B.shape

特殊情况和替代方案(来自dbaupp的答案和yoavram的评论)

应该注意到:

  • 在一个特定的情况下,这种解决方案可能会有奇怪的行为:如果AB之一为空并且另一个包含单个元素,则它将返回True。由于比较A==B返回一个空数组,所以all操作符会返回True
  • 另一个风险是如果AB形状不相同且不能被广播,则此方法将引发错误。

总之,如果您对AB的形状有疑问或只想保险起见,请使用其中一个专门的函数:

np.array_equal(A,B)  # test if same shape, same elements values
np.array_equiv(A,B)  # test if broadcastable shape, same elements values
np.allclose(A,B,...) # test if same shape, elements have close enough values

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通常你需要使用 np.array_equal 来比较两个数组是否相等。如果 A 和 B 长度不同,(A==B).all()崩溃。从 numpy 1.10 开始,== 在这种情况下会引发弃用警告 - Wilfred Hughes
1
你说得很有道理,但在我对形状有疑问的情况下,我通常更喜欢先直接测试形状,再测试值。这样错误就会清楚地出现在形状上,而不是仅仅因为值不同而产生歧义。但这可能取决于每个使用案例。 - Juh_
3
另一个风险是如果数组包含 NaN。在这种情况下,您将得到 False,因为 NaN != NaN。 - Vincenzooo
2
指出这一点很好。然而,我认为这是合乎逻辑的,因为 nan!=nan 意味着 array(nan)!=array(nan) - Juh_
(array1<array3).all() and (array1>array2).all() - undefined
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(A==B).all() 方法的解决方案非常简洁,但是也有一些用于此任务的内置函数,即 array_equalallclosearray_equiv

(虽然使用 timeit 进行快速测试似乎表明 (A==B).all() 方法是最快的方法,这有点奇怪,因为它需要分配一个全新的数组。)


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你说得对,但是如果比较的数组之一为空,使用(A==B).all()会得到错误的答案。例如,请尝试:(np.array([1])==np.array([])).all(),它会返回True,而np.array_equal(np.array([1]), np.array([]))则返回 False - yoavram
1
我也刚刚发现了这个性能差异。这很奇怪,因为如果你有两个完全不同的数组 (a==b).all() 仍然比 np.array_equal(a, b) 更快(后者可能只检查了一个元素并退出)。 - Aidan Kane
1
np.array_equal 也适用于“数组列表”和“数组字典”。这可能是较慢性能的原因。 - Bernhard
1
非常感谢allclose函数,这正是我需要进行数值计算的。它可以在容差范围内比较向量的相等性。 :) - loved.by.Jesus
请注意,np.array_equiv([1,1,1], 1) 是真的。这是因为:形状一致意味着它们具有相同的形状,或者一个输入数组可以被广播以创建与另一个数组相同的形状。 - EliadL

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如果您想检查两个数组的形状和元素是否相同,应使用np.array_equal方法,因为它是文档推荐的方法。

从性能上来说,不要期望任何相等性检查会比另一个更好,因为没有太多优化比较两个元素的空间。仅仅为了演示,我还是做了一些测试。

import numpy as np
import timeit

A = np.zeros((300, 300, 3))
B = np.zeros((300, 300, 3))
C = np.ones((300, 300, 3))

timeit.timeit(stmt='(A==B).all()', setup='from __main__ import A, B', number=10**5)
timeit.timeit(stmt='np.array_equal(A, B)', setup='from __main__ import A, B, np', number=10**5)
timeit.timeit(stmt='np.array_equiv(A, B)', setup='from __main__ import A, B, np', number=10**5)
> 51.5094
> 52.555
> 52.761

差不多相等,不需要谈论速度。

(A==B).all() 的行为与以下代码片段类似:

x = [1,2,3]
y = [1,2,3]
print all([x[i]==y[i] for i in range(len(x))])
> True

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让我们使用以下代码片段来衡量性能。

import numpy as np
import time

exec_time0 = []
exec_time1 = []
exec_time2 = []

sizeOfArray = 5000
numOfIterations = 200

for i in xrange(numOfIterations):

    A = np.random.randint(0,255,(sizeOfArray,sizeOfArray))
    B = np.random.randint(0,255,(sizeOfArray,sizeOfArray))

    a = time.clock() 
    res = (A==B).all()
    b = time.clock()
    exec_time0.append( b - a )

    a = time.clock() 
    res = np.array_equal(A,B)
    b = time.clock()
    exec_time1.append( b - a )

    a = time.clock() 
    res = np.array_equiv(A,B)
    b = time.clock()
    exec_time2.append( b - a )

print 'Method: (A==B).all(),       ', np.mean(exec_time0)
print 'Method: np.array_equal(A,B),', np.mean(exec_time1)
print 'Method: np.array_equiv(A,B),', np.mean(exec_time2)

输出

Method: (A==B).all(),        0.03031857
Method: np.array_equal(A,B), 0.030025185
Method: np.array_equiv(A,B), 0.030141515

根据上面的结果,numpy方法似乎比==操作符和all()方法的组合更快,并且通过比较numpy方法中最快的一个似乎是numpy.array_equal方法。


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为了提高实验的准确性,您应该使用更大的数组大小,该大小至少需要一秒钟来编译。 - Vikhyat Agarwal
当比较的顺序改变或每次重新初始化A和B时,这种情况是否也会再现?这种差异也可能来自于A和B单元的内存缓存。 - Or Groman
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这些时间之间没有实质性的区别。 - To마SE

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通常两个数组会存在一些小的数值误差,您可以使用 numpy.allclose(A,B) 来代替 (A==B).all()。这将返回一个布尔值 True/False。

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现在使用np.array_equal。来自文档:
np.array_equal([1, 2], [1, 2])
True
np.array_equal(np.array([1, 2]), np.array([1, 2]))
True
np.array_equal([1, 2], [1, 2, 3])
False
np.array_equal([1, 2], [1, 4])
False

2
np.array_equal 文档链接:https://numpy.org/doc/stable/reference/generated/numpy.array_equal.html - Milan

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0

为了完整起见,我将添加pandas方法来比较两个数组:

import numpy as np
a = np.arange(0.0, 10.2, 0.12)
b = np.arange(0.0, 10.2, 0.12)
ap = pd.DataFrame(a)
bp = pd.DataFrame(b)

ap.equals(bp)
True

提醒:如果您正在寻找如何在R中比较向量、数组或数据框的方法,您只需要使用以下代码:

identical(iris1, iris2)
#[1] TRUE
all.equal(array1, array2)
#> [1] TRUE 

1
那么pd.是什么意思呢?你应该提到你正在添加Pandas的附加依赖。 - Sysanin

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