在 MATLAB 中，如何将多维数组写成看起来像原始 numpy 数组的字符串？

Question

目标

（请原谅我的篇幅，主要是背景和细节。）

我正在为 MATLAB 的 TOML encoder/decoder 做贡献，我现在正在处理数值数组。我想以相同的格式输入（然后能够写出）数值数组。此格式是 numpy.array 使用的嵌套方括号格式。比如在numpy中制作多维数组：

下面在python里，为了清楚。尽管我的工作是在 MATLAB 中进行的，但这是一个有用的示例。

二维数组

>> x = np.array([1,2])
>> x
array([1, 2])

>> x = np.array([[1],[2]])
>> x
array([[1],
       [2]])

三维数组

>> x = np.array([[[1,2],[3,4]],[[5,6],[7,8]]])
>> x
array([[[1, 2],
        [3, 4]],

       [[5, 6],
        [7, 8]]])

4维数组

>> x = np.array([[[[1,2],[3,4]],[[5,6],[7,8]]],[[[9,10],[11,12]],[[13,14],[15,16]]]])
>> x
array([[[[ 1,  2],
         [ 3,  4]],

        [[ 5,  6],
         [ 7,  8]]],


       [[[ 9, 10],
         [11, 12]],

        [[13, 14],
         [15, 16]]]])

输入是由嵌套括号对维度的逻辑构造。事实证明，这对 TOML 数组结构非常有效。我已经可以成功地从 TOML 到 MATLAB 数值数组数据类型解析和解码具有这种格式的任何 size/any 维数值数组。

现在，我想将该 MATLAB 数值数组编码回此 char/string 结构以写回 TOML（或任何字符串）。

所以我在 MATLAB 中有以下 4D 数组（与 numpy 相同的 4D 数组）：

>> x = permute(reshape([1:16],2,2,2,2),[2,1,3,4])
x(:,:,1,1) =
     1     2
     3     4
x(:,:,2,1) =
     5     6
     7     8
x(:,:,1,2) =
     9    10
    11    12
x(:,:,2,2) =
    13    14
    15    16

我想把它变成一个与 4D numpy 输入格式相同的字符串（一些函数名为 bracketarray 或其他）：

>> str = bracketarray(x)
str =
    '[[[[1,2],[3,4]],[[5,6],[7,8]]],[[[9,10],[11,12]],[[13,14],[15,16]]]]'

然后我可以将字符串写入文件。

编辑： 我应该补充一点，函数 numpy.array2string() 基本上完全符合我的要求，尽管它添加了一些其他空白字符。但我不能将它用作解决方案的一部分，尽管它基本上是我正在寻找的功能。

问题

这是我的问题。我已经使用 following 函数成功地解决了最多 3 个维度的这个问题，但是 我一辈子都想不出如何扩展它到 N 维。我觉得这是每个维度正确计数的问题，确保不跳过任何维度并正确嵌套括号。

当前 bracketarray.m 最高可达 3D

function out = bracketarray(in, internal)
    in_size = size(in);
    in_dims = ndims(in);

    % if array has only 2 dimensions, create the string
    if in_dims == 2
        storage = cell(in_size(1), 1);
        for jj = 1:in_size(1)
            storage{jj} = strcat('[', strjoin(split(num2str(in(jj, :)))', ','), ']');
        end
        if exist('internal', 'var') || in_size(1) > 1 || (in_size(1) == 1 && in_dims >= 3)
            out = {strcat('[', strjoin(storage, ','), ']')};
        else
            out = storage;
        end
        return
        % if array has more than 2 dimensions, recursively send planes of 2 dimensions for encoding
    else
        out = cell(in_size(end), 1);
        for ii = 1:in_size(end) %<--- this doesn't track dimensions or counts of them
            out(ii) = bracketarray(in(:,:,ii), 'internal'); %<--- this is limited to 3 dimensions atm. and out(indexing) need help
        end
    end
    % bracket the final bit together
    if in_size(1) > 1 || (in_size(1) == 1 && in_dims >= 3)
        out = {strcat('[', strjoin(out, ','), ']')};
    end
end

欧比万·克诺比斯帮帮我，你们是我唯一的希望！

编辑 2： 在下面添加了测试套件并稍微修改了当前代码。

测试套件

这是一个测试套件，用于查看输出是否符合预期。基本上只需将其复制并粘贴到 MATLAB 命令 window 中即可。对于我目前发布的代码，它们都是 return true 除了超过 3D 的。我当前的代码输出为一个单元格。如果您的解决方案输出不同（如字符串），则您必须从测试套件中删除大括号。

isequal(bracketarray(ones(1,1)), {'[1]'})
isequal(bracketarray(ones(2,1)), {'[[1],[1]]'})
isequal(bracketarray(ones(1,2)), {'[1,1]'})
isequal(bracketarray(ones(2,2)), {'[[1,1],[1,1]]'})
isequal(bracketarray(ones(3,2)), {'[[1,1],[1,1],[1,1]]'})
isequal(bracketarray(ones(2,3)), {'[[1,1,1],[1,1,1]]'})
isequal(bracketarray(ones(1,1,2)), {'[[[1]],[[1]]]'})
isequal(bracketarray(ones(2,1,2)), {'[[[1],[1]],[[1],[1]]]'})
isequal(bracketarray(ones(1,2,2)), {'[[[1,1]],[[1,1]]]'})
isequal(bracketarray(ones(2,2,2)), {'[[[1,1],[1,1]],[[1,1],[1,1]]]'})
isequal(bracketarray(ones(1,1,1,2)), {'[[[[1]]],[[[1]]]]'})
isequal(bracketarray(ones(2,1,1,2)), {'[[[[1],[1]]],[[[1],[1]]]]'})
isequal(bracketarray(ones(1,2,1,2)), {'[[[[1,1]]],[[[1,1]]]]'})
isequal(bracketarray(ones(1,1,2,2)), {'[[[[1]],[[1]]],[[[1]],[[1]]]]'})
isequal(bracketarray(ones(2,1,2,2)), {'[[[[1],[1]],[[1],[1]]],[[[1],[1]],[[1],[1]]]]'})
isequal(bracketarray(ones(1,2,2,2)), {'[[[[1,1]],[[1,1]]],[[[1,1]],[[1,1]]]]'})
isequal(bracketarray(ones(2,2,2,2)), {'[[[[1,1],[1,1]],[[1,1],[1,1]]],[[[1,1],[1,1]],[[1,1],[1,1]]]]'})
isequal(bracketarray(permute(reshape([1:16],2,2,2,2),[2,1,3,4])), {'[[[[1,2],[3,4]],[[5,6],[7,8]]],[[[9,10],[11,12]],[[13,14],[15,16]]]]'})
isequal(bracketarray(ones(1,1,1,1,2)), {'[[[[[1]]]],[[[[1]]]]]'})

Answer 1

递归函数几乎完成。缺少的是索引最后一个维度的方法。有几种方法可以做到这一点，我发现最简洁的方法如下：

n = ndims(x);
index = cell(n-1, 1);
index(:) = {':'};
y = x(index{:}, ii);

一开始有点棘手，但结果是这样的：index 是一组 n-1 个字符串 ':'。 index{:} 是这些字符串的逗号分隔列表。当我们索引 x(index{:},ii) 时，我们实际上做的是 x(:,:,:,ii)（如果 n 是 4）。

完成的递归函数为：

function out = bracketarray(in)
n = ndims(in);
if n == 2
   % Fill in your n==2 code here
else
   % if array has more than 2 dimensions, recursively send planes of 2 dimensions for encoding
   index = cell(n-1, 1);
   index(:) = {':'};
   storage = cell(size(in, n), 1);
   for ii = 1:size(in, n)
      storage(ii) = bracketarray(in(index{:}, ii)); % last dimension automatically removed
   end
end
out = { strcat('[', strjoin(storage, ','), ']') };

请注意，我已经预先分配了 storage 元胞数组，以防止它在每次循环迭代中都被调整大小。您应该在 2D 案例代码中执行相同的操作。出于性能原因，预分配在 MATLAB 中很重要，MATLAB 编辑器也应该让您了解这一点。

Answer 2

我认为只循环并使用连接会更容易。您的测试用例通过了。

function out = bracketarray_matlabbit(in)

    out = permute(in, [2 1 3:ndims(in)]);
    out = string(out);

    dimsToCat = ndims(out);
    if iscolumn(out)
       dimsToCat = dimsToCat-1; 
    end

    for i = 1:dimsToCat
       out = "[" + join(out, ",", i) + "]"; 
    end
end

这似乎也比您所追求的路线更快：

>> x = permute(reshape([1:16],2,2,2,2),[2,1,3,4]);

>> tic; for i = 1:1e4; bracketarray_matlabbit(x); end; toc
Elapsed time is 0.187955 seconds.

>> tic; for i = 1:1e4; bracketarray_cris_luengo(x); end; toc
Elapsed time is 5.859952 seconds.

在 MATLAB 中，如何将多维数组写成看起来像原始 numpy 数组的字符串？

In MATLAB how can I write out a multidimensional array as a string that looks like a raw numpy array?

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