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環境

  • Python 3.11.2
  • numpy 1.24.2

やりたいこと

画像をPillowなどで読み込み、bool配列を使って、特定のピクセルを白色([255,255,255])にしたいです。

起きたこと

マスク用の配列のdtypeboolではなく、間違えてnumpy.uint8にしてしまいました。
そのマスク用の配列を利用して、特定のピクセルを白色に設定しようとしたら、処理時間が1分以上かかりました。

In [131]: height=1080; width=1920; channel=3

# Pillowなどで画像を読み込むことを想定
In [132]: data=numpy.random.randint(256, size=(height,width,channel))

In [133]: correct_mask = numpy.zeros((height, width), dtype=bool)

In [134]: %time data[correct_mask] = [255,255,255]
CPU times: user 773 µs, sys: 0 ns, total: 773 µs
Wall time: 526 µs


# マスク用の配列の型を間違えて`numpy.uint8`にしてしまった
In [135]: wrong_mask = numpy.zeros((height, width), dtype=numpy.uint8)

# 処理に時間がかかる。なぜ?
In [136]: %time data[wrong_mask] = [255,255,255]
CPU times: user 2min 17s, sys: 0 ns, total: 2min 17s
Wall time: 2min 17s


質問

なぜdtypenumpy.uint8の配列をインデックスに利用すると、dtypeboolの配列を利用するときと比較して、処理時間が長くなるのでしょうか
また、dtypenumpy.uint8の配列をインデックスに利用すると、どのような処理になるのでしょうか?

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  • 単に data[wrong_mask] としてみてください。おそらくメモリエラーになるかと思います。Unable to allocate 89.0 GiB for an array with shape (1080, 1920, 1920, 3) and data type int64 ここで、shape が (1080, 1920, 1920, 3) と表示されていて、次元が増えていることが処理時間が長くなってしまう原因です。
    – metropolis
    5月8日 2:44
  • 確かにメモリエラーになりました。なぜ次元が増えるのでしょうか?ブロードキャストがよく分かっていません。
    – yuji38kwmt
    5月8日 10:06

1 件の回答 1

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また、dtypeがnumpy.uint8の配列をインデックスに利用すると、どのような処理になるのでしょうか?

Y[i]とすればi番目の要素が取れます。
Y[[i]]とインデックスをリストにすると、
最初の要素がY[i]であるndarrayが取得できます。すなわち[Y[i]]
このような感じで、Y[X]とすると、(Xは整数配列)
Xの各要素x_iをY[x_i]に置き換えたndarrayが取得できます。
例えばY[ [[0,1],[2,3]] ][[Y[0],Y[1]],[Y[2],Y[3]]]

これを踏まえて質問文のdata[wrong_mask]を考えると、
wrong_maskの各要素は全部0ですので、
これはwrong_maskの各要素をdata[0]で置き換えたものとなります。

shape
wrong_mask(1080, 1920)
data[0](1920, 3)ですから、

結果data[wrong_mask](1080, 1920, 1920, 3)になってしまいます。

Indexing on ndarrays — NumPy v1.24 Manual

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