numpy.rollに関する質問

前提・実現したいこと

pythonで格子ボルツマン法の気体シミュレーションを作っています。
境界条件について検討する段階で、以下の問題に直面しました。

発生している問題・エラーメッセージ

関数stream()内のnp.rollの第三引数にあたえるのはaxis=(0か1)しかないのではないと認識していたため、
以下のソースコードのがなぜ成り立つのかわかりません。
説明をお願いしたいと思います。
ちなみに私は
axis=0ならば第二引数の要素分だけ行がシフトし、
axis=1ならば第二引数の要素分だけ各行で要素がシフトすると認識しておりました。

以下のソースコードはこちらのサイトを参照しています。

https://salad-bowl-of-knowledge.github.io/hp/physics/2018/01/30/lattice_boltzmann.html

該当のソースコード

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation
from ipywidgets import interact


w = np.array([4/9 , 1 / 9, 1 / 9, 1 / 9, 1 / 9, 1 / 36, 1 / 36, 1 / 36, 1 / 36])
e = np.array([[0, 0], [0, 1], [0, -1], [1, 0], [-1, 0], [1, 1], [-1, -1],[1, -1], [-1, 1]])


def stream(): #障害物との衝突処理
    global n
    for i, axis in zip(range(1, 5),[[1, 1, 0, 1], [1, -1, 0, -1], [0, 1, 1, -1], [0, -1, 1, 1]]): #(1)式
        n[:, :, i] = np.roll(n[:, :, i], axis[1], axis=axis[0])
        n[:, :, i + 4] = np.roll(np.roll(n[:, :, i + 4], axis[1],axis=axis[0]),axis[3],axis=axis[2])
    for i in range(1, 9):
        n[:, :, i][barrier[:, :, i]] = n[:, :, i - (-1)**i][barrier[:, :, 0]] #衝突した分を逆向きの成分に流してます。

行動規範の内容に同意します

回答1件

axis=0ならば第二引数の要素分だけ行がシフトし、

axis=1ならば第二引数の要素分だけ各行で要素がシフトすると認識しておりました。

違います。
axis=は、rollする軸です。3次元とかで考えてみたほうが理解しやすいと思います。

python
1>>> a = np.arange(60).reshape(3,4,5)
2>>> np.roll(a, 1, axis=0)
3array([[[40, 41, 42, 43, 44],
4        [45, 46, 47, 48, 49],
5        [50, 51, 52, 53, 54],
6        [55, 56, 57, 58, 59]],
7
8       [[ 0,  1,  2,  3,  4],
9        [ 5,  6,  7,  8,  9],
10        [10, 11, 12, 13, 14],
11        [15, 16, 17, 18, 19]],
12
13       [[20, 21, 22, 23, 24],
14        [25, 26, 27, 28, 29],
15        [30, 31, 32, 33, 34],
16        [35, 36, 37, 38, 39]]])
17>>> np.roll(a, 1, axis=1)
18array([[[15, 16, 17, 18, 19],
19        [ 0,  1,  2,  3,  4],
20        [ 5,  6,  7,  8,  9],
21        [10, 11, 12, 13, 14]],
22
23       [[35, 36, 37, 38, 39],
24        [20, 21, 22, 23, 24],
25        [25, 26, 27, 28, 29],
26        [30, 31, 32, 33, 34]],
27
28       [[55, 56, 57, 58, 59],
29        [40, 41, 42, 43, 44],
30        [45, 46, 47, 48, 49],
31        [50, 51, 52, 53, 54]]])
32>>> np.roll(a, 1, axis=2)
33array([[[ 4,  0,  1,  2,  3],
34        [ 9,  5,  6,  7,  8],
35        [14, 10, 11, 12, 13],
36        [19, 15, 16, 17, 18]],
37
38       [[24, 20, 21, 22, 23],
39        [29, 25, 26, 27, 28],
40        [34, 30, 31, 32, 33],
41        [39, 35, 36, 37, 38]],
42
43       [[44, 40, 41, 42, 43],
44        [49, 45, 46, 47, 48],
45        [54, 50, 51, 52, 53],
46        [59, 55, 56, 57, 58]]])