Нарезка, индексация и итерация по двумерным массивам

Question

Я зачислен в класс Python для начинающих в моем университете.У нас есть задание на программирование, на котором я застрял.

У нас есть задание, чтобы найти маршрут между двумя точками на карте, карта является двумерным массивом.Одной из первых задач является преобразование массива, состоящего из свободной дороги (1) и зданий (0), в массив, в котором все места, окружающие здание (слева, справа, снизу и сверху), преобразуются в парковочные места (-1).

Я начал с написания функции для генерации двумерного массива с правильным размером:

def get_map():

    map = np.random.randint(2, size=(12, 10))

    return map

Теперь я хочу написать другую функцию, которая принимает карту в качестве аргумента и возвращаеткарта, где парковочные места конвертируются из 1 в -1.

def adjusted_map(map): 

    map_adjusted = 

    return map_adjusted

Я в основном застрял на элементах выше и ниже 0.Влево и вправо я могу сделать, потому что это ничем не отличается от 1D-массивов или обычных списков, строк и т. Д. Мне очень жаль, если это глупый вопрос, но я заглянул в клочковатую документацию об индексации, нарезке и переборе по ноль-массивам, но я не смог найтирешение для моей проблемы.

Answer 1

Вот один простой способ, использующий стандартные техники NumPy:

1) Создайте карту, состоящую из 3x3 блоков с дорогой 80%

>>> map_ = np.kron(np.random.random((6, 5)) < 0.8, np.ones((3, 3), int))
>>> map_
array([[1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0]])

2) Инвертируйте карту и нулевую площадкуit

>>> helper = np.pad(1-map_, ((1, 1), (1, 1)), 'constant')
>>> helper
array([[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]])

3) Вырезать смещенные версии (вверх, вниз, влево, вправо) обратной карты, используйте (поразрядно) or, чтобы найти всех соседей зданий, используйте and, чтобы толькооставьте соседей, которые находятся на дороге

>>> parking = map_ & (helper[2:, 1:-1] | helper[:-2, 1:-1] | helper[1:-1, 2:] | helper[1:-1, :-2])
>>> parking
array([[0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1],
       [0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0]])

4) Отметьте парковочные места на карте

>>> result = map_ - 2*parking
>>> result
array([[ 1,  1, -1,  0,  0,  0,  0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 1,  1, -1,  0,  0,  0,  0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 1,  1, -1,  0,  0,  0,  0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 1,  1, -1,  0,  0,  0, -1, -1, -1,  1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 1,  1, -1,  0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [-1, -1, -1,  0,  0,  0, -1, -1, -1,  1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 0,  0,  0, -1, -1, -1,  0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 0,  0,  0, -1,  1, -1,  0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 0,  0,  0, -1,  1, -1,  0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 0,  0,  0, -1,  1,  1, -1, -1, -1,  1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 0,  0,  0, -1,  1,  1, -1, -1, -1,  1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [-1, -1, -1,  1,  1, -1,  0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [ 1,  1,  1,  1,  1, -1,  0,  0,  0, -1,  1,  1,  1,  1,  1],
       [-1, -1, -1,  1,  1, -1,  0,  0,  0, -1,  1,  1, -1, -1, -1],
       [ 0,  0,  0, -1,  1, -1,  0,  0,  0, -1,  1, -1,  0,  0,  0],
       [ 0,  0,  0, -1,  1, -1,  0,  0,  0, -1,  1, -1,  0,  0,  0],
       [ 0,  0,  0, -1,  1, -1,  0,  0,  0, -1,  1, -1,  0,  0,  0]])

5) Бонус: Prettify

>>> symbols = np.array(('x', '.', 'P'))
>>> rowtype = f'U{map_.shape[1]}'
>>> rowtype
'U15'
>>> print('\n'.join(symbols[map_].view(rowtype).ravel()))
...xxxxxx......
...xxxxxx......
...xxxxxx......
...xxx.........
...xxx.........
...xxx.........
xxx...xxx......
xxx...xxx......
xxx...xxx......
xxx............
xxx............
xxx............
......xxx......
......xxx......
......xxx......
xxx...xxx...xxx
xxx...xxx...xxx
xxx...xxx...xxx
>>> print('\n'.join(symbols[result].view(rowtype).ravel()))
..PxxxxxxP.....
..PxxxxxxP.....
..PxxxxxxP.....
..PxxxPPP......
..PxxxP........
PPPxxxPPP......
xxxPPPxxxP.....
xxxP.PxxxP.....
xxxP.PxxxP.....
xxxP..PPP......
xxxP...........
xxxP..PPP......
PPP..PxxxP.....
.....PxxxP.....
PPP..PxxxP..PPP
xxxP.PxxxP.Pxxx
xxxP.PxxxP.Pxxx
xxxP.PxxxP.Pxxx

Answer 2

так что вам нужно что-то вроде этого:

import numpy as np

mapper = np.random.randint(2, size=(12, 10))
buildings = np.nonzero(mapper)

nonzero_row = buildings[0]
nonzero_col = buildings[1]

for row, col in zip(nonzero_row, nonzero_col):
    if row > 0:
        mapper[row-1, col] = -1
    if col > 0:
        mapper[row, col-1] = -1
    if row < mapper.shape[0]:
        mapper[row+1,col] = -1
    if col < mapper.shape[1]:
        mapper[row,col+1] = -1