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numpy 如何用 np.ufunc.reduceat 实现分组归约

舞夢輝影

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发布时间:2026-01-26 19:28:55

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来源于php中文网

原创

np.ufunc.reduceat 的核心行为是按索引切片归约:以 indices 中非递减整数为左闭右开切片起点,对每段调用 ufunc 归约,最后一段自动延至数组末尾。

numpy 如何用 np.ufunc.reduceat 实现分组归约

np.ufunc.reduceat 的核心行为是什么

np.ufunc.reduceat 不是按值分组,而是按索引切片归约:它在指定起始位置对数组做“左闭右开”切片,然后对每个切片调用 ufunc(如 np.addnp.maximum)归约。关键点在于:分组边界由索引数组决定,不是由数据值决定

  • 输入 indices 必须是非递减的整数数组
  • indices[i+1] ,该段归约为单个元素(即 a[indices[i]]
  • 最后一段自动延伸到数组末尾(不需显式补长度)

比如 np.add.reduceat(a, [0,2,4]) 等价于:[a[0]+a[1], a[2]+a[3], a[4]+a[5]+...](假设 a 长度 ≥6)

如何把“按值分组”转成“按索引分组”

真实场景中,你通常有类似 group_ids = np.array([0,0,1,1,1,2]) 这样的标签,想按值聚合。这时不能直接传 group_idsreduceat —— 它要的是每组第一个元素的索引

  • 先用 np.unique 获取分组起始位置:
    _, idx_start = np.unique(group_ids, return_index=True)
  • 若需包含末尾边界,追加数组长度:
    indices = np.append(idx_start, len(group_ids))
  • 再用 reduceat 对目标数组归约:
    result = np.add.reduceat(values, indices[:-1])

注意:必须用 indices[:-1] 作为 reduceatindices 参数,因为 reduceat 自动处理最后一段到末尾。

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常见错误和边界情况
  • indices 中出现重复或递减索引(如 [0,2,2,5])会导致第二段归约仅取 a[2],容易误以为漏数据
  • 如果分组不连续(如 group_ids = [0,1,0]),unique(..., return_index=True) 只返回首次出现位置,无法用于非序贯分组 —— 此时 reduceat 不适用,应改用 np.bincountpandas.groupby
  • valuesgroup_ids 长度不一致会静默出错(广播或截断),务必校验:len(values) == len(group_ids)
  • 使用 np.minimum.reduceat 时,若某段为空(如 indices = [3,3]),结果为 values[3],不是无穷大 —— 它不检查段长

和 bincount 比较:什么情况下该选 reduceat

np.bincount 要求 group_id 是非负小整数,且隐式归约方式固定为求和;reduceat 则无类型限制,支持任意 ufunc,也支持 float / str(只要 ufunc 支持)。

  • 你需要 np.maximumnp.logical_or 归约?→ 用 reduceat
  • group_id 是字符串或负数?→ 先映射为整数索引,再用 reduceat(比转 pandas 更轻量)
  • 数据已按 group_id 排序,且分组密集?→ reduceat 是零拷贝、纯 NumPy 向量化方案
  • 分组稀疏、id 范围极大(如 ID > 1e6)?→ bincount 会分配巨量内存,reduceat 更稳

实际写的时候,最容易被忽略的是:reduceatindices 必须严格对应“每组首个元素位置”,且必须升序;而多数人第一反应是传 group_id 数组本身——这直接导致结果完全不可读。

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