1

最近数値計算をpythonでやり始めた者です。

例えば

A.shape #(3,5,5)
B.shape #(3,)

の形をもつA,Bについて

numpy.array([ A[i,:,:] * B[i] for i in range(3)]).reshape(5,5)

を計算したいのですが、この方法では規模が大きくなると遅いような気がしています。
この操作をより速く動くように書く方法はないものでしょうか?

6
  • A * numpy.dstack(B).TA * np.array([[B]]).T でしょうか。しかし、これらがリスト内包表記よりも速いかどうか…?
    – user39889
    Commented 2016年7月20日 17:24
  • 質問者です。書いていた計算内容がおかしいことに気づきました。最後のreshape(5,5) は正しくは reshape(3,5,5) です。 Commented 2016年7月21日 13:04
  • numpy.array([ A[i,:,:] ... ですが、np.array([a * b for a, b in zip(A, B)]) と書いてもよいかと思います。
    – user39889
    Commented 2016年7月21日 13:35
  • metropolisさんのご提案を受けて試してみました。サイズ10000*7*7を10000回回した結果、A*np.array([[B]]).Tが一番早く15秒で、次が内包表記245秒、最後が Commented 2016年7月21日 14:21
  • できれば結果を回答として書いて下さるとよいかと思います(その回答をご自身で承認することもできます)。
    – user39889
    Commented 2016年7月21日 14:30

2 件の回答 2

3

Benchmarkerを使って試してみました。サイズ10000*7*7を10000回回した結果、

  • A*np.array([[B]]).T が一番早く15秒‌​
  • 次が内包表記の245秒(zipを使った場合が220秒)
  • 最後が A * np.dstack(B).T で516秒でした。

とりあえず最も速かった A*numpy.array([[B]]) を使おうと思います。
ありがとうございました。

0

別のやり方を説明を兼ねて。

基本的に質問者様が行いたいのは要素積だと思います。numpy.arrayの要素積はnp.multiplyもしくは*で行えますが、今の場合、配列の次元が違うのが厄介です。
np.multiplyは高次元の配列Aと一次元配列Bを掛けあわせた場合には、配列Aの最後の軸とBの要素積を行う仕様になっているようです。具体的には、C[i,j,k,l] = A[i,j,k,l] * B[l]のような積を返します。

今の場合はC[i,j,k] = A[i,j,k] * B[i]という積を行いたいので、そのためには以下の様な方法が可能だと思います(これ以外にも方法はあるかもしれません)。

  1. 配列Bの次元をAと揃える。具体的には、B[i]に余分な軸を付け足すことでB[i,j,k]のような配列に変形してから要素積をとる。このやり方としては、np.newaxisを使う、Noneを使うなどがあります。前出の回答のnp.array([[B]])も実質的に同じことをしているはずです。(正確には、追加した軸の次元は1なので、AとBの配列は違う次元ですが、その辺はブロードキャストされて計算できるようです)
  2. 転置をとることで、無理やりC[i,j,k] = A[i,j,k] * B[k]の形に落とす。
  3. np.einsumを使う。この関数を使うと、任意のテンソルを任意の形で積をとることができるので、単純に実装するだけでいいなら万能だと思いますが、場合によっては速度の問題が起こるかもしれません。というのも、一般には配列の積はどの順番でループをとるかで(numpyを使う場合には明示的ループは書きませんが)、速度が変わるはずですが、この関数ではループの順番を明示的に指定できないからです。
  4. 内包表記で具体的に書いてしまう。

くらいでしょうか。

import numpy as np
A = np.random.rand(3,5,5)
B = np.random.rand(3)
#Method 1
print A*B[:,np.newaxis,np.newaxis]
print A*B[:,None,None]
print A * np.array([[B]]).T
print A*np.expand_dims(np.expand_dims(B,1),1)
#Method 2
print (A.T * B).T
#Method 3
print np.einsum('ijk,i->ijk',A,B)

手元で速度を比べてみましたが、A.shape = (10000, 7, 7)では、方法1,2,3はほぼ同じで、方法4だけ10倍程度遅かったです。

この質問に回答するには、ログインする必要があります。

求めていた回答ではありませんか? のタグが付いた他の質問を参照する。