python - 使用 unicode 字符漂亮地打印 numpy ndarrays

Question

我最近注意到 Python 打印功能与 NumPy ndarays 不一致。例如，它水平打印一个水平一维数组:

import numpy as np
A1=np.array([1,2,3])
print(A1)
#--> [1 2 3]

但是一维水平数组，垂直有冗余括号:

A2=np.array([[1],[2],[3]])
print(A2)
#--> [[1]
#     [2]
#     [3]]

水平的一维垂直阵列:

A3=np.array([[1,2,3]])
print(A3)
#--> [[1 2 3]]

和一个二维数组:

B=np.array([[11,12,13],[21,22,23],[31,32,32]])
print(B)
# --> [[11 12 13]
#      [21 22 23]
#      [31 32 32]]

第一个维度现在是垂直的。对于更高的维度，情况会变得更糟，因为它们都是垂直打印的:

C=np.array([[[111,112],[121,122]],[[211,212],[221,222]]])
print(C)
#--> [[[111 112]
#      [121 122]]
#
#     [[211 212]
#      [221 222]]]

在我看来，一致的行为是水平打印偶数维度，垂直打印奇数维度。使用 Unicode 字符可以很好地格式化它。我想知道是否可以创建一个函数来打印上面的数组:

A1 --> [1 2 3]
A2 --> ┌┌─┐┌─┐┌─┐┐
       │ 1  2  3 │
       └└─┘└─┘└─┘┘
A3 --> ┌┌─┐┐ # \u250c\u2500\u2510 
       │ 1 │ # \u2502
       │ 2 │
       │ 3 │
       └└─┘┘ # \u2514\u2500\u2518 
B -->  ┌┌──┐┌──┐┌──┐┐ 
       │ 11  21  31 │
       │ 12  22  32 │
       │ 13  23  33 │
       └└──┘└──┘└──┘┘ 

C -->  ┌┌─────────┐┌─────────┐┐
       │ [111 112]  [211 212] │
       │ [121 122]  [221 222] │
       └└─────────┘└─────────┘┘ 

我找到了这个 gist它负责处理不同数量的数字。我试图制作一个递归函数的原型(prototype)来实现上述概念:

 def npprint(A):
     assert isinstance(A, np.ndarray), "input of npprint must be array like"
     if A.ndim==1 :
         print(A)
     else:
         for i in range(A.shape[1]):
             npprint(A[:,i]) 

它有点适用于 A1、A2、A3 和 B 但不适用于 C。如果您能帮助我了解 npprint 应该如何实现任意维度 numpy ndarrays 的上述输出，我将不胜感激？

P.S.1. 在 Jupyter 环境中，可以在 Markdown 中使用 LaTeX \mathtools \underbracket 和 \overbracket . Sympy 的 pretty-print 功能也是一个很好的起点。它可以使用 ASCII、Unicode、LaTeX...

P.S.2. 有人告诉我，打印 ndarray 的方式确实具有一致性。但是恕我直言，它有点有线且不直观。拥有灵活的 pretty-print 功能可以帮助以不同形式显示 ndarrays。

P.S.3. Sympy 的人已经考虑了我在这里提到的两点。他们的 Matrix 模块非常一致(A1 和 A2 是相同的)并且他们还有一个 pprint 函数，它做同样的事情并且我期待 npprint 在这里。

P.S.4. 对于那些遵循这个想法的人，我已经在 this Jupyter Notebook 中整合了所有内容。

Answer 1

对我来说，理解 numpy 数组与我想象中的 MATLAB 矩阵或多维数学数组完全不同，这让我大吃一惊。它们是相当同质且统一的嵌套 Python 列表。我还了解到 numpy 数组的第一个维度是最深/最里面的一对方括号，它是水平打印的，然后第二个维度是垂直打印的，第三个是垂直打印的，带有间隔线...

无论如何，我认为拥有一个 ppring 函数(受 Sympy 的命名约定启发)可能会有很大帮助。所以我打算在这里放一个非常糟糕的实现，希望它能激励其他高级 Python 开发者提出更好的解决方案:

def pprint(A):
    if A.ndim==1:
        print(A)
    else:
        w = max([len(str(s)) for s in A]) 
        print(u'\u250c'+u'\u2500'*w+u'\u2510') 
        for AA in A:
            print(' ', end='')
            print('[', end='')
            for i,AAA in enumerate(AA[:-1]):
                w1=max([len(str(s)) for s in A[:,i]])
                print(str(AAA)+' '*(w1-len(str(AAA))+1),end='')
            w1=max([len(str(s)) for s in A[:,-1]])
            print(str(AA[-1])+' '*(w1-len(str(AA[-1]))),end='')
            print(']')
        print(u'\u2514'+u'\u2500'*w+u'\u2518')  

对于一维和二维数组，结果在某种程度上是可以接受的:

B1=np.array([[111,122,133],[21,22,23],[31,32,33]])
pprint(B1)

#┌─────────────┐
# [111 122 133]
# [21  22  23 ]
# [31  32  33 ]
#└─────────────┘

这确实是一个非常糟糕的代码，它只适用于整数。希望其他人会提出更好的解决方案。

P.S.1. Eric Wieser已经为 IPython/Jupiter 实现了一个非常好的 HTML 原型(prototype)，可以看到 here :

您可以关注 numpy 邮件列表上的讨论 here .

P.S.2. 我也发布了这个想法here on Reddit .

P.S.3 我花了一些时间将代码扩展到 3D 维数组:

def ndtotext(A, w=None, h=None):
    if A.ndim==1:
        if w == None :
            return str(A)
        else:
            s= '['
            for i,AA in enumerate(A[:-1]):
                s += str(AA)+' '*(max(w[i],len(str(AA)))-len(str(AA))+1)
            s += str(A[-1])+' '*(max(w[-1],len(str(A[-1])))-len(str(A[-1]))) +'] '
    elif A.ndim==2:
        w1 = [max([len(str(s)) for s in A[:,i]])  for i in range(A.shape[1])]
        w0 = sum(w1)+len(w1)+1
        s= u'\u250c'+u'\u2500'*w0+u'\u2510' +'\n'
        for AA in A:
            s += ' ' + ndtotext(AA, w=w1) +'\n'    
        s += u'\u2514'+u'\u2500'*w0+u'\u2518'
    elif A.ndim==3:
        h=A.shape[1]
        s1=u'\u250c' +'\n' + (u'\u2502'+'\n')*h + u'\u2514'+'\n'
        s2=u'\u2510' +'\n' + (u'\u2502'+'\n')*h + u'\u2518'+'\n'
        strings=[ndtotext(a)+'\n' for a in A]
        strings.append(s2)
        strings.insert(0,s1)
        s='\n'.join(''.join(pair) for pair in zip(*map(str.splitlines, strings)))
    return s

举个例子:

shape = 4, 3, 6
B2=np.arange(np.prod(shape)).reshape(shape)
print(B2)
print(ndtotext(B2))        


[[[ 0  1  2  3  4  5]
  [ 6  7  8  9 10 11]
  [12 13 14 15 16 17]]

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  [24 25 26 27 28 29]
  [30 31 32 33 34 35]]

 [[36 37 38 39 40 41]
  [42 43 44 45 46 47]
  [48 49 50 51 52 53]]

 [[54 55 56 57 58 59]
  [60 61 62 63 64 65]
  [66 67 68 69 70 71]]]
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│ [6  7  8  9  10 11]  [24 25 26 27 28 29]  [42 43 44 45 46 47]  [60 61 62 63 64 65] │
│ [12 13 14 15 16 17]  [30 31 32 33 34 35]  [48 49 50 51 52 53]  [66 67 68 69 70 71] │
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