Pythonで2次元配列のゼロをトリミングする

PythonのNumPyライブラリには、1次元配列から先頭と末尾のゼロを取り除くtrim_zeros関数があります。しかし、この関数は1次元配列にしか適用できません。そこで、2次元配列やそれ以上の多次元配列からゼロを取り除く方法を探してみましょう。

Stack Overflowの質問によると、以下のような関数を作成することで、任意の次元の配列からゼロを取り除くことができます。

import numpy as np

def trim_zeros(arr):
    """Returns a trimmed view of an n-D array excluding any outer regions which contain only zeros."""
    slices = tuple(slice(idx.min(), idx.max() + 1) for idx in np.nonzero(arr))
    return arr[slices]

この関数は、配列の非ゼロ要素のインデックスを取得し、それらのインデックスを使用して配列をスライスします。その結果、ゼロだけで構成されている外側の領域が取り除かれた配列が返されます。

また、以下のような関数を作成することで、任意の次元の配列からゼロを取り除き、さらに指定したマージンのゼロを残すこともできます。

def trim_zeros(arr, margin=0):
    '''Trim the leading and trailing zeros from a N-D array.
    :param arr: numpy array
    :param margin: how many zeros to leave as a margin
    :returns: trimmed array
    :returns: slice object
    '''
    s = []
    for dim in range(arr.ndim):
        start = 0
        end = -1
        slice_ = [slice(None)]*arr.ndim
        go = True
        while go:
            slice_[dim] = start
            go = not np.any(arr[tuple(slice_)])
            start += 1
        start = max(start-1-margin, 0)
        go = True
        while go:
            slice_[dim] = end
            go = not np.any(arr[tuple(slice_)])
            end -= 1
        end = arr.shape[dim] + min(-1, end+1+margin) + 1
        s.append(slice(start,end))
    return arr[tuple(s)], tuple(s)

この関数は、各次元に対して配列をスライスし、その次元の先頭と末尾のゼロを取り除きます。また、marginパラメータを使用して、各次元の先頭と末尾に残すゼロの数を指定することができます。

これらの関数を使用することで、PythonのNumPy配列からゼロを効率的に取り除くことができます。これは、データ分析や機械学習のタスクで役立つことがあります。