CSharp：无法读取大型 .npy 文件。例外是 "NumSharp.dll Arithmetic operation resulted in an overflow."

Question

我正在尝试在 CSharp 中读取一个大的 .npy 文件。为此，我正在尝试使用 NumSharp nuget。

该文件是 7GB 锯齿状浮点数组 (float[][])。它有大约 100 万个向量，每个向量都是 960 维。

注：更具体地说，我使用的数据是来自以下 link Approximate Nearest Neighbors Large datasets.

的 GIST

以下是我用来加载数据的方法，但失败并出现异常：

    private static void ReadNpyVectorsFromFile(string pathPrefix, out List<float[]> candidates)
    {
        var npyFilename = @$"{pathPrefix}.npy";
        
        var v = np.load(npyFilename);//NDArray
        
        candidates = v
            .astype(np.float32)
            .ToJaggedArray<float>()
            .OfType<float[]>()
            .Select(a =>
            {
                return a.OfType<float>().ToArray();
            })
            .ToList();
    }

例外情况是：

Exception thrown: 'System.OverflowException' in NumSharp.dll An unhandled exception of type 'System.OverflowException' occurred in NumSharp.dll Arithmetic operation resulted in an overflow.

我该如何解决这个问题？

更新

如果文件太大，NumSharp 包会有限制。阅读下面的 comments/answers 以获得更多解释。我添加了一个答案和解决方法的建议

但是，一个好的替代方法是将数据保存为 .npz（参考：numpy.savez()），然后以下包可以完成这项工作：

https://github.com/matajoh/libnpy

代码示例：

        NPZInputStream npz = new NPZInputStream(npyFilename);
        var keys = npz.Keys();
        //var header = npz.Peek(keys[0]);
        var t = npz.ReadFloat32(keys[0]);

        Debug.Assert(t.DataType == DataType.FLOAT32);

Answer 1

问题是 NumSharp 数据结构是一个沉重的 RAM 消耗者，似乎 CSharp GC 不知道 NumSharp 正在分配什么，所以它很快达到 RAM 限制。

所以，为了克服这个问题，我拆分了输入的 npy 文件，这样每个部分都不会消耗超过 C# 中允许的最大内存分配 (2147483591)。在我的例子中，我分成了 5 个不同的文件（每个 200k 个向量）。

python 拆分大 .npy 文件的部分：

 infile = r'C:\temp\input\GIST.1m.npy'
 data = np.load(infile)

 # create 5 files
 incr = int(data.shape[0] / 5) 

 # the +1 is to handle any leftovers
 r = range(0,  int(size/incr + 1)) 

 for i in r:
    print(i)

    start = i * incr
    stop = min(start + incr, size)

    if(start >= len(data)):
        break

    np.save(infile.replace('.npy', f'.{i}.npy'), data[start:stop])

现在 CSharp 中的代码如下所示：

    private static void ReadNpyVectorsFromFile(string pathPrefix, out List<float[]> candidates)
    {
        candidates = new List<float[]>();

        // TODO: 
        // For now I am assuming there are 10 files maximum... 
        // this can be improved by scanning the input folder and 
        // collecting all the relevant files.
        foreach (var i in Enumerable.Range(-1, 10))
        {
            var npyFilename = @$"{pathPrefix}.{i}.npy";
            Console.WriteLine(npyFilename);

            if (!File.Exists(npyFilename))
                continue;

            var v = np.load(npyFilename); //NDArray

            var tempList = v
                .astype(np.float32)
                .ToJaggedArray<float>()
                .OfType<float[]>()
                .Select(a => { return a.OfType<float>().ToArray(); })
                .ToList();

            candidates.AddRange(tempList);
        }
    }

Answer 2

我看到您已经找到了解决方法。以防万一您现在想知道问题的原因，这是因为 .NET 中 Array class 的限制。

定义了np.load(string path)方法here，后者又调用了np.load(Stream stream).

int bytes;
Type type;
int[] shape;
if (!parseReader(reader, out bytes, out type, out shape))
    throw new FormatException();

Array array = Arrays.Create(type, shape.Aggregate((dims, dim) => dims * dim));

var result = new NDArray(readValueMatrix(reader, array, bytes, type, shape));
return result.reshape(shape);

这里，bytes是你日期类型的大小。因为您使用的是float，所以这个值为4。而shape是向量的个数和向量的形状。

接下来，让我们看看readValueMatrix method.

int total = 1;
for (int i = 0; i < shape.Length; i++)
    total *= shape[i];
var buffer = new byte[bytes * total];
// omitted

NumSharp 正在尝试创建大小等于 bytes * total 的一维 byte 数组。这里，bytes 是 4，total 是向量数乘以所有维度的大小。

但是，在 .NET 中，byte 数组的任何给定维度中的最大索引为 0X7FFFFFC7，即 2147483591，如文档所述 here。我还没有下载你的数据，但我猜它足够大 bytes * total > 2147483591.

请注意，如果您想使用 NumSharp 将数据写回 npy 文件，那么您将在 writeValueMatrix method.

中遇到同样的问题

CSharp：无法读取大型 .npy 文件。例外是 "NumSharp.dll Arithmetic operation resulted in an overflow."

CSharp: Failed to read LARGE .npy file. Exception is "NumSharp.dll Arithmetic operation resulted in an overflow."

c#

overflowexception

numpy-ndarray

numsharp

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