scipy 如何将NumPy数组规范化到一定范围内?

3mpgtkmj  于 2022-11-10  发布在  其他
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在对音频或图像数组进行一些处理之后,需要在一定范围内对其进行归一化,然后才能将其写回文件。可以这样做:


# Normalize audio channels to between -1.0 and +1.0

audio[:,0] = audio[:,0]/abs(audio[:,0]).max()
audio[:,1] = audio[:,1]/abs(audio[:,1]).max()

# Normalize image to between 0 and 255

image = image/(image.max()/255.0)

有没有一种更简洁、更方便的函数方法来实现这一点?matplotlib.colors.Normalize()似乎不相关。

kgsdhlau

kgsdhlau1#


# Normalize audio channels to between -1.0 and +1.0

audio /= np.max(np.abs(audio),axis=0)

# Normalize image to between 0 and 255

image *= (255.0/image.max())

使用/=*=可以消除中间的临时数组,从而节省一些内存。

image *= 255.0/image.max()    # Uses 1 division and image.size multiplications

略快于

image /= image.max()/255.0    # Uses 1+image.size divisions

由于我们在这里使用的是基本的numpy方法,我认为这是numpy中最有效的解决方案。
就地操作不会改变容器数组的数据类型。因为所需的标准化值是浮点数,所以audioimage数组在执行就地操作之前需要具有浮点数据类型。如果它们还不是浮点数据类型,则需要使用astype转换它们。例如,

image = image.astype('float64')
1tu0hz3e

1tu0hz3e2#

如果数组同时包含正数据和负数据,我会选择:

import numpy as np

a = np.random.rand(3,2)

# Normalised [0,1]

b = (a - np.min(a))/np.ptp(a)

# Normalised [0,255] as integer: don't forget the parenthesis before astype(int)

c = (255*(a - np.min(a))/np.ptp(a)).astype(int)        

# Normalised [-1,1]

d = 2.*(a - np.min(a))/np.ptp(a)-1

如果数组包含nan,一种解决方案是将它们删除,如下所示:

def nan_ptp(a):
    return np.ptp(a[np.isfinite(a)])

b = (a - np.nanmin(a))/nan_ptp(a)

但是,根据上下文的不同,您可能希望以不同的方式处理nan。例如,对值进行插值,将中的替换为例如0,或者引发错误。
最后,值得一提的是,即使不是OP的问题,standardization

e = (a - np.mean(a)) / np.std(a)
r3i60tvu

r3i60tvu3#

也可以使用sklearn重新调整比例。其优点是,除了对数据进行均值置中之外,还可以对标准差进行归一化调整,并且可以在任一轴上按要素或按记录执行此操作。

from sklearn.preprocessing import scale
X = scale( X, axis=0, with_mean=True, with_std=True, copy=True )

关键字参数axiswith_meanwith_std是自解释的,并且以默认状态显示。参数copy如果设置为False,则就地执行操作。文档here

idfiyjo8

idfiyjo84#

您正在尝试将audio的值在-1和+1之间进行最小-最大缩放,并将image的值在0和255之间进行最小-最大缩放。
使用sklearn.preprocessing.minmax_scale,应该可以轻松解决您的问题。
例如:

audio_scaled = minmax_scale(audio, feature_range=(-1,1))

shape = image.shape
image_scaled = minmax_scale(image.ravel(), feature_range=(0,255)).reshape(shape)

:不要与将向量的norm(长度)缩放到某个值(通常为1)的操作混淆,该操作通常也称为归一化。

2uluyalo

2uluyalo5#

您可以使用“i”(如idiv、imul..)版本,它看起来还不错:

image /= (image.max()/255.0)

对于另一种情况,您可以编写一个函数,通过列来规范化n维数组:

def normalize_columns(arr):
    rows, cols = arr.shape
    for col in xrange(cols):
        arr[:,col] /= abs(arr[:,col]).max()
nwwlzxa7

nwwlzxa76#

This answer到一个similar question为我解决了这个问题

np.interp(a, (a.min(), a.max()), (-1, +1))
nhn9ugyo

nhn9ugyo7#

一个简单的解决方案是使用sklearn.preprocessing库提供的定标器。

scaler = sk.MinMaxScaler(feature_range=(0, 250))
scaler = scaler.fit(X)
X_scaled = scaler.transform(X)

# Checking reconstruction

X_rec = scaler.inverse_transform(X_scaled)

错误X_rec-X将为零。您可以根据需要调整feature_range,甚至使用标准缩放器sk.StandardScaler()

xtfmy6hx

xtfmy6hx8#

我尝试跟随this,但出现错误

TypeError: ufunc 'true_divide' output (typecode 'd') could not be coerced to provided output parameter (typecode 'l') according to the casting rule ''same_kind''

我试图规范化的numpy数组是一个integer数组。看起来他们在〉1.10的版本中反对类型转换,你必须使用numpy.true_divide()来解决这个问题。

arr = np.array(img)
arr = np.true_divide(arr,[255.0],out=None)

img是一个PIL.Image对象。

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