numpyを使わないブロードキャスト

Question

pythonでnumpy を使わずにブロードキャストして演算をしたいです。
具体的には、オブジェクトや数値をユーザー定義の演算子を使って計算します。
例えば、下のように2要素持つVector同士の足し算と、Vectorと数値の足し算はどのように実現できるでしょうか。
以下の例ではself.position += self.valでエラーが出ます。

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    def __add__(self, v):
        self.x = self.x + v.x
        self.y = self.y + v.y
        return self
    
    
class Run():
    def __init__(self, x, y):
        self.position = Vector(x, y)
        self.val = 100
        
        
    def run(self):
        self.position+= self.position #Vector + Vector なので、__add__で計算可能
        self.position += self.val #Vector + 数値 なので、__add__で計算不可能
        

eco = Run(*np.random.rand(2))   

eco.run()

Comments

[shiracamus]

self.position += self.val でどんな値になることを期待していますか？

[shmpwk]

`self.position += self.val`は`self.position.x += self.val`と`self.position.y += self.val`を期待しています。

Answer 1

まず質問文の実装はVector同士でも問題があります。本筋とはさほど関係ありませんが、後の説明がややこしくなるので言っておきます。

端的に言うと、__add__では状態が変化しないことが期待されるので、新たなオブジェクトを生成して返すようにしておいた方が良いです。

    def __add__(self, v):
        return Vector(self.x + v.x, self.y + v.y)

---

さて、本題です。

まず、引数の型を見て分岐させるようにします。

    def __add__(self, v):
        if isinstance(v, Vector):
            return Vector(self.x + v.x, self.y + v.y)
        else:
            # 何かする

ナイーブなやり方としては、こういう感じとか。

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    def __add__(self, v):
        if isinstance(v, Vector):
            return Vector(self.x + v.x, self.y + v.y)
        elif isinstance(v, (int, float, complex)):
            return Vector(self.x + v, self.y + v)
        else:
            return NotImplemented

    def __repr__(self):
        return "Vector(x={}, y={})".format(self.x, self.y)

こうすると、

v = Vector(1, 2)
print(v)  # ok
print(v + v)  # ok
print(v + 1)  # ok
print(1 + v)  # TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'Vector'

となるので、__radd__を形式的に作ると良いでしょう。

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __add__(self, v):
        if isinstance(v, Vector):
            return Vector(self.x + v.x, self.y + v.y)
        elif isinstance(v, (int, float, complex)):
            return Vector(self.x + v, self.y + v)
        else:
            return NotImplemented

    def __radd__(self, v):
        return self.__add__(v)

    def __repr__(self):
        return "Vector(x={}, y={})".format(self.x, self.y)

これくらいあればごく基本的な加算だけはだいたい不満感なく行えるかと思います。ちょっと複雑なケースを想定するとまだまともに動かない部分もあると思います（把握していませんが）。

本気で実装するのであれば、言語リファレンスのデータモデルをよく読みながら取り組むことをおすすめします。

3. データモデル — Python 3.8.1rc1 ドキュメント

Comments

[shmpwk]

非常に丁寧にご回答ありがとうございます。一気に理解が深まりました。

Answer 2

おそらくisinstanceを使う方法が一番簡単です。

# 破壊的なメソッドなので、addよりiaddが適切かと
def __iadd__(self, v):
    if not isinstance(v, Vector):
        v = Vector(v, v)

    self.x = self.x + v.x
    self.y = self.y + v.y
    return self

Comments

[shmpwk]

add, isinstance便利ですね。いつも迅速なご回答ありがとうございます。