Как расширить матрицу по значению python?

Question

[voronin_denis]

Имеется матрица долготы, необходимо добавить значения вокруг каждого элемента.

Нашел инструмент numpy.pad, но он добавляет элементы вокруг матрицы. А нужно вокруг каждого значения, расширяя матрицу.

Например матрица [[1,2], [3,4]] должна превратиться в
[[[0.1, 0.2, 0.3],
[0.2, 1, 0.2],
[0.3, 0.2, 0.3], [...][...]

Вокруг 1 должны появиться новые задаваемые значении и т.д.

Comments

[Сергей Тихонов]

Приведите полный пример желаемого результата. Непонятно, почему из матрицы 2х2 должна получиться матрица Nx3x3

[voronin_denis]

В данном примере показан только первый элемент, на выходе должна получиться матрица 6x6

[voronin_denis]

0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 2 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 3 0 0 4 0
0 0 0 0 0 0

[voronin_denis]

voronin_denis, как-то так

Answer 1

[Владимир Куц]

Как вариант:

import numpy as np

A = [[1,2], [3,4]]

def pad_el(el): 
    return np.stack( 
        ( 
            np.zeros(3), 
            np.pad([el], 1, mode='constant'), 
            np.zeros(3) 
        ), axis=1)

out_array = []
for i in range(len(A)): 
    row = [] 
    for j in range(len(A[i])):
        if len(row) == 0:
            row = pad_el(A[i][j])
        else:
            row = np.block([row, pad_el(A[i][j])])
    if len(out_array) == 0:
        out_array = row
    else:
        out_array = np.vstack((out_array, row))
print(out_array)

[[0. 0. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 1. 0. 0. 2. 0.]
 [0. 0. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 0. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 3. 0. 0. 4. 0.]
 [0. 0. 0. 0. 0. 0.]]

Для
A = [[1,2,3], [3,4,5], [6,7,8]]

[[0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 1. 0. 0. 2. 0. 0. 3. 0.]
 [0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 3. 0. 0. 4. 0. 0. 5. 0.]
 [0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 6. 0. 0. 7. 0. 0. 8. 0.]
 [0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]]

Answer 2

[Andrey Dugin]

Вариант №1 - просто вставляем значения исходной матрицы в заданные позиции шаблона:

>>> matrix = np.array([[1, 2], [3, 4]])
>>> new_matrix = np.zeros((6, 6), dtype=matrix.dtype)
>>> new_matrix[1::3, 1::3] = matrix
>>> new_matrix
array([[0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 0, 0, 2, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 3, 0, 0, 4, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0]])

Вариант №2 - с полноценными преобразованиями:

>>> matrix = np.array([[1, 2], [3, 4]])
>>> matrix = matrix.reshape(1, 1, -1)
>>> matrix = np.pad(matrix, ((1, 1), (1, 1), (0, 0)), 'constant', constant_values=0)
>>> matrix = matrix.transpose(2, 0, 1).reshape(2, 2, 3, 3)
>>> matrix = np.hstack(np.hstack(matrix))
>>> matrix
array([[0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 0, 0, 2, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 3, 0, 0, 4, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0]])

Подозреваю, что можно уменьшить число действий, обойтись без np.stack() и эффективно применить np.lib.stride_tricks.as_strided(), но это лютый мозговынос.

Answer 3

[Сергей Тихонов]

1. Делаем reshape матрицы, вытягивая ее 1x(m*n)
   
2. Делаем ее трехмерной: 1x1x(MxN)
   
3. Вызываем numpy.pad по первым двум осям (так ведь возможно?)
   
4. Делаем обратный reshape, получаем "плитку" MxN из двумерных матриц 3x3.