實現多維數組索引的NumPy.argwhere

一、numpy.argwhere簡介

numpy.argwhere函數是一個廣泛使用的函數，它用於查找索引，遍歷多維數組，並返回非零元素的位置坐標。

argwhere函數返回一個數組的所有非零元素的索引值（按照索引值的順序），並將其轉換為元組的形式。元組的第一維是非零元素的行號，第二維是非零元素的列號，以此類推。

import numpy as np 

# 創建一個多維數組
arr = np.array([[0, 1, 0], 
                [1, 0, 1], 
                [0, 1, 0]]) 

# 使用numpy.argwhere函數查找非零元素的索引值
result = np.argwhere(arr) 

print(result)

輸出結果如下：

array([[0, 1],
       [1, 0],
       [1, 2],
       [2, 1]])

輸出結果表示這個多維數組中，有四個非零元素，它們的索引分別是(0,1)，(1,0)，(1,2)和(2,1)。

二、多維數組索引

在NumPy中，多維數組的索引需要指定多個維度上的索引值，我們可以使用numpy.argwhere函數來查找多維數組中指定元素的索引。

比如說，我們有一個多維數組，其中的數字表示一個8×8的棋盤，1代表棋子，0代表空格。我們現在要查找第一個棋子的坐標：

import numpy as np 

# 創建一個8×8的多維數組，其中的數字表示一個棋盤，1表示棋子，0表示空格
board = np.array([[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
                 [0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
                 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
                 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
                 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
                 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
                 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
                 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]])

# 使用numpy.argwhere函數查找第一個棋子的索引
index = np.argwhere(board == 1)

print(index[0])

輸出結果如下：

[1 1]

輸出結果表示第一個棋子所在的位置是(1,1)。

三、多維數組切片

在NumPy中，我們可以使用切片（slice）操作來截取多維數組中的一部分。切片的方式與Python中的列表、字符串等數據類型的切片方式相似。

比如說，我們有一個二維數組，我們想要截取其中的一部分，可以使用numpy.argwhere函數來確定我們需要截取的部分的範圍。

import numpy as np

# 創建一個隨機的二維數組
arr = np.array([[ 0,  1,  2,  3,  4], 
                [ 5,  6,  7,  8,  9], 
                [10, 11, 12, 13, 14], 
                [15, 16, 17, 18, 19], 
                [20, 21, 22, 23, 24]])

# 使用numpy.argwhere函數查找我們需要切片的部分的範圍
index = np.argwhere((arr > 5) & (arr < 18))

# 根據索引值進行切片操作
result = arr[index[0,0]:index[-1,0]+1, index[0,1]:index[-1,1]+1]

print(result)

輸出結果如下：

[[ 6  7  8]
 [11 12 13]
 [16 17]]

輸出結果表示，我們通過numpy.argwhere函數確定了需要截取部分的索引範圍，然後使用這個索引範圍對原本的多維數組進行了切片，得到了我們想要的部分。