python - 移位插值未提供预期的行为

当使用scipy.ndimage.interpolation.shift通过周期性边界处理(mode = 'wrap')沿一个轴移动numpy数据数组时，我得到了意外的行为。该例程尝试强制第一个像素(index 0)与最后一个像素(index N-1)相同，而不是“最后一个加一个(index N)”。

最小示例:

# module import
import numpy as np
from scipy.ndimage.interpolation import shift
import matplotlib.pyplot as plt

# print scipy.__version__
# 0.18.1

a = range(10)

plt.figure(figsize=(16,12))

for i, shift_pix in enumerate(range(10)):
    # shift the data via spline interpolation
    b = shift(a, shift=shift_pix, mode='wrap')

    # plotting the data
    plt.subplot(5,2,i+1)
    plt.plot(a, marker='o', label='data')
    plt.plot(np.roll(a, shift_pix), marker='o', label='data, roll')
    plt.plot(b, marker='o',label='shifted data')
    if i == 0:
        plt.legend(loc=4,fontsize=12)
    plt.ylim(-1,10)
    ax = plt.gca()
    ax.text(0.10,0.80,'shift %d pix' % i, transform=ax.transAxes)

蓝线:转移前的数据
绿线:预期的换档行为
红线:scipy.ndimage.interpolation.shift的实际移位输出

我如何调用函数或如何使用mode = 'wrap'理解其行为是否存在错误？当前结果与相关scipy tutorial page和另一个StackOverflow post中的模式参数描述相反。代码中是否存在一个错误提示？

使用的Scipy版本是0.18.1，分布在anaconda-2.2.0中

最佳答案

您观察到的行为似乎是故意的。

问题的原因在于C函数 map_coordinate ，它将移位后的坐标转换为移位前的坐标:

map_coordinate(double in, npy_intp len, int mode)

该函数用作NI_ZoomShift中的子例程，用于实际移位。它有趣的部分是这样的:

示例。让我们看看如何计算output = shift(np.arange(10), shift=4, mode='wrap')的输出(来自问题)。
NI_ZoomShift以某种特殊方式计算边值output[0]和output[9]，因此让我们看一下output[1]的计算(略有简化):

# input  =         [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
# output = [ ,?, , , , , , , , ]          '?' == computed position
# shift  = 4
output_index = 1

in  = output_index - shift    # -3
sz  = 10 - 1                  # 9
in += sz * ((-5 / 9) + 1)
#  +=  9 * ((     0) + 1) == 9
# in == 6

return input[in]  # 6

显然，sz = len - 1对您观察到的行为负责。它从sz = len更改为可追溯到2007年的一个具名的提交:Fix off-by-on errors in ndimage boundary routines. Update tests.

我不知道为什么要引入这种改变。我想到的一种可能的解释如下:

函数“shift”使用splines进行插值。
区间[0, k]上均匀样条的结向量就是[0,1,2,...,k]。当我们说样条线应该环绕时，自然需要对结0和k的值进行相等处理，以便可以将样条线的许多副本粘合在一起，从而形成周期函数:

0--1--2--3-...-k              0--1--2--3-...-k              0--1-- ...
               0--1--2--3-...-k              0--1--2--3-...-k      ...

也许shift只是将其输入视为样条线结的值列表？

关于python - 移位插值未提供预期的行为，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/49280404/

SHIFT

python - 移位插值未提供预期的行为