Pythonリスト内包表記のRangeエラーの対処方法をお教え下さい

Question

#問題
４ｘ３行の長方形の数表があります。
この数表のセルの上下左右の数値を足した結果を計算するプログラムを作成して下さい。

例えば、

0	1	2	3
4	5	6	7
8	9	10	11

という数表ならば

5	7	10	9
13	16	24	20
13	23	26	17

という結果を期待しています。

mat=[[0,1,2,3],[4,5,6,7],[8,9,10,11]]

ans=[[0]*4]*3

for i in range(len(mat)):
        ans[i]=[p+q+r+s for p,q,r,s in zip(mat[i-1],mat[i+1],mat[i][-1:],mat[i][1:])]

当然！？ながら、下記のような結果が出てしまいます。
スマートな記載方法をお教え下さい。

IndexError: list index out of range

現在は４ｘ３行ですが、将来的にはnxm行に拡張したいため簡潔な記載方法を求めています。
宜しくお願いいたします。

Answer 1

パッケージを使って良いのであればscipy.signal.convolve2d()が簡単です。

import numpy as np
from scipy.signal import convolve2d

mat = [[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7], [8, 9, 10, 11]]

mat = np.array(mat)
filter = np.array([[0, 1, 0], [1, 0, 1], [0, 1, 0]])
ans = convolve2d(mat, filter, mode="same")

numpyだけ使うと下記のようにもできます。

import numpy as np

mat = [[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7], [8, 9, 10, 11]]

mat = np.array(mat)

left = np.zeros_like(mat)
left[:, 1:] = mat[:, :-1]

right = np.zeros_like(mat)
right[:, :-1] = mat[:, 1:]

up = np.zeros_like(mat)
up[:-1, :] = mat[1:, :]

down = np.zeros_like(mat)
down[1:, :] = mat[:-1, :]

ans = left + right + up + down

Comments

[nono33]

ありがとうございます！とても実用的です。
最初のものはこんなにシンプルに記載出来るのですね。
やはりPythonはnumpyですね。
もっとnumpyを勉強します！

Answer 2

スマートか微妙ですが・・:

def expand(matrix):
    expand_width = len(matrix[0]) + 2
    expand_height = len(matrix) + 2
    matrix = [[0, *row, 0] for row in matrix]
    matrix.insert(expand_height, [0] * expand_width)
    matrix.insert(0, [0] * expand_width)
    return matrix


def sum_around(expanded_matrix):
    width = len(expanded_matrix[0]) - 2
    height = len(expanded_matrix) - 2
    return [
        [
            expanded_matrix[index_h][index_w + 1]
            + expanded_matrix[index_h + 1][index_w]
            + expanded_matrix[index_h + 2][index_w + 1]
            + expanded_matrix[index_h + 1][index_w + 2]
            for index_w in range(width)
        ] for index_h in range(height)
    ]


matrix = [[0, 1, 2, 3],[4, 5, 6, 7],[8, 9, 10, 11]]

expanded_matrix = expand(matrix)
print(expanded_matrix)
answer = sum_around(expanded_matrix)
print(answer)

実行結果:

$ python test.py
[[0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 1, 2, 3, 0], [0, 4, 5, 6, 7, 0], [0, 8, 9, 10, 11, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0]]
[[5, 7, 10, 9], [13, 20, 24, 20], [13, 23, 26, 17]]

numpy 使いがもっとスマートに解決しに来てくれるかも・・
あと、内包表記を 2 つ以上重ねると
読みにくくなるので良くないとする宗派もあったと記憶しています

Comments

[nono33]

早速ありがとうございます。Matrixの周りに0を並べてしまうという考え方ですね！
発想の転換素晴らしいです。
ありがとうございました。