Python 簡単な四則演算なのですが教えてください．

Question

前提・実現したいこと

Python3でコードを作っています．

今，リスト内に[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]という数値があります．
次に[1/3,2/3.1/3]という核リストをつくります．

プログラムを作って
11/3+22/3+31/3, 21/3+32/3+41/3, 31/3+42/3+5*1/3,....
というような計算をしたいと思っています．
つまり，最終アウトプットは
8/3,4,16/3,20/3,8,......12という出力ファイルを作りたいです．

初心者でなかなかよく分かりません．
とくに核リストを少しずつ横にずらしながら計算というものをどうやってコードで表現するのかわかりません．リストのデータを取得するところまではやったのですが，以降がよく分かりません．どなたか助けていただけませんか．

該当のソースコード

#data.txtは[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]というファイル

f=open('data.txt','r')
x=f.readline()
f.close()

k=[1/3,2/3,1/3]
data=[]
num=len(x)

for i in range(num):
     data.append(flout(x[i]))
print(data)

Answer 1

畳込み演算でしょうか。

src = range(1, 11)
kernel = [1/3, 2/3, 1/3]

dst = []
for elems in zip(src, src[1:], src[2:]):
    dst.append(0)
    for e, k in zip(elems, kernel):
        dst[-1] += e * k

print(dst)

実行結果 Wandbox

[2.6666666666666665, 4.0, 5.333333333333333, 6.666666666666666, 7.999999999999999, 9.333333333333332, 10.666666666666666, 12.0]

zipの使い方、スライスの取り方がミソです。

---

つまり，最終アウトプットは

8/3,4,16/3,20/3,8,......12という出力ファイルを作りたいです．

分数を取り扱いたい場合は、fractionsモジュールの利用を検討します。

from fractions import Fraction

src = range(1, 11)
kernel = [
    Fraction(1, 3), Fraction(2, 3), Fraction(1, 3)
]

dst = []
for elems in zip(src, src[1:], src[2:]):
    dst.append(0)
    for e, k in zip(elems, kernel):
        dst[-1] += e * k

print(*dst, sep=',')

実行結果 Wandbox

8/3,4,16/3,20/3,8,28/3,32/3,12

おまけ

無駄に技量的に書くとこんな感じ。

from itertools import starmap
from fractions import Fraction

import operator as op


src = range(1, 11)
kernel = [
    Fraction(1, 3), Fraction(2, 3), Fraction(1, 3)
]

dst = [
    sum(
        starmap(op.mul, zip(elems, kernel))
    )
    for elems
    in zip(*(
        src[off:] for off in range(len(kernel))
    ))
]
print(*dst, sep=',')

Comments

[Tubasa1995]

解答ありがとうございます．
まさに畳み込み演算をやっています．

１次元の畳込演算はみなさんのも参考にしながらですが，ある程度自力でどうにかできました．（コードはきれいでないですが）

次に2次元の場合の畳み込み演算をしたいのですが，もしよろしければ，また新たに質問を投稿していますので，お手伝いいただけませんか．．

[LouiS0616]

畳込みを担うライブラリを探した方が楽かと。
ざっと探してみた感じ、numpy.convolveが使えそうな気がします。

Answer 2

あえて素直なコードで書いてみました。
なお、値は有理数として扱っています。

from fractions import Fraction

data = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]
k = [Fraction(1,3), Fraction(2,3),Fraction(1,3)] # 有理数として構築
data = [Fraction(d) for d in data] # 有理数に

ret = []
for i in range(len(data)-2): # 0...7
    r = 0
    for j in range(len(k)): # 0...2
        r += data[i] * k[j]
        i += 1
    ret.append(r)

ret2 = [str(r) for r in ret] # 有理数を文字列に
print(ret2)
# ['8/3', '4', '16/3', '20/3', '8', '28/3', '32/3', '12']

ret2 = [float(r) for r in ret] # 有理数を実数に
print(ret2)
# [2.6666666666666665, 4.0, 5.333333333333333, 6.666666666666667, 8.0, 9.333333333333334, 10.666666666666666, 12.0]

Comments

[Tubasa1995]

解答ありがとうござます．

シンプルで読みやすいコードで助かりました．
これで無事1次元の場合のこの計算はできたのですが，
良ければ新たに質問を投稿していますが，これを2次元に拡張した場合についても
同様に一緒に考えていただけませんか．

Answer 3

data.txtに[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]って書いてあるなら、evalでも使って評価しないとリストには戻せませんし、他にも質問文のコードには変なところがある気がしますけど、それはそれとして。

要素をずらしながら3つずつ取り出すという操作は簡単なインデックスループとスライスで書けます。

>>> lst = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]
>>> n = 3
>>> for i in range(0, len(lst)-n+1):
...     print(lst[i:i+n])
... 
[1, 2, 3]
[2, 3, 4]
[3, 4, 5]
[4, 5, 6]
[5, 6, 7]
[6, 7, 8]
[7, 8, 9]
[8, 9, 10]

Answer 4

out=[data[n]*k[0]+data[n+1]*k[1]+data[n+2]*k[2] for n in range(len(data)-len(k)+1)]