如何找到二维数组满足某些条件的位置？

Question

背景

如果你曾经玩过冒险游戏，你很熟悉掷骰子来决定战斗的结果。如果没有，这里有一个简短的概要：

确定玩家可以摇多少骰子的规则如下：

1. 攻击者可以比他国家的军队数量少一个阵亡，最多三个阵亡。你知道吗
2. 防守者可以根据自己国家的军队数量掷骰子，最多两个。你知道吗

决定掷骰子结果的规则如下：

1. 将最高的攻击者死亡与最高的防御者死亡进行比较。人数少的人就失去一支军队。防守队员打成平局。你知道吗
2. 对第二高的骰子重复此过程。你知道吗

如果攻击方或防御方只掷一个骰子，那么总共只损失一支军队；在其他所有情况下，总共损失两支军队。你知道吗

我想分析一下每对模辊的胜负频率。我可以循环所有的可能性，但我对使用ndarrays和切片来进行计算感兴趣。你知道吗

例如，考虑攻击者掷一个骰子，防御者掷一个骰子的场景。我们可以在ndarray中安排所有可能的结果。你知道吗

In [1]: import numpy as np

In [2]: x = np.tile(np.arange(1,7),(6,1))

In [3]: x
Out[3]: 
array([[1, 2, 3, 4, 5, 6],
       [1, 2, 3, 4, 5, 6],
       [1, 2, 3, 4, 5, 6],
       [1, 2, 3, 4, 5, 6],
       [1, 2, 3, 4, 5, 6],
       [1, 2, 3, 4, 5, 6]])

如果防御者掷骰是列，攻击者掷骰是行，那么防御者获胜的区域就是这个数组的上三角部分

defence_win_region= array([[1, 1, 1, 1, 1, 1],
                           [0, 1, 1, 1, 1, 1],
                           [0, 0, 1, 1, 1, 1],
                           [0, 0, 0, 1, 1, 1],
                           [0, 0, 0, 0, 1, 1],
                           [0, 0, 0, 0, 0, 1]])

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问题

如何从x这样的数组中获得defence_win_region这样的数组？为了分析2-1,3-1,3-2,1-2卷，如何将该方法扩展到更高维的数组？你知道吗

Answer 1

有关2D阵列的具体问题的简短答案是：

np.where(x >= np.transpose(x), 1, 0)

但要进一步推动这一点，您需要除tile之外的工具。准备样本空间的自然方法是meshgrid：

die = np.arange(1, 7)
a, d = np.meshgrid(die, die)

现在a和d是2d数组，包含攻击者和防御者的得分。与前面一样，np.where(a <= d, 1, 0)生成一个1-0表（前一个表的转置，但这是选择的问题）。你知道吗

让我们看看每个人掷两个骰子会发生什么：

a1, a2, d1, d2 = np.meshgrid(die, die, die, die)

这是防守队员第一轮获胜的地方（比较最高得分）：

np.where(np.maximum(a1, a2) <= np.maximum(d1, d2), 1, 0)

下面是最低分的比较，最低分是第二高分：

np.where(np.minimum(a1, a2) <= np.minimum(d1, d2), 1, 0)

两者都是4D阵列，因为样本空间是四维的。你知道吗

当有人掷3个或更多骰子时，事情会变得更复杂，因为“第二高”的选择不像“最大”那样简单。可以通过堆叠玩家的骰子并沿新轴排序，然后切片来完成：

a1, a2, a3, d1, d2 = np.meshgrid(die, die, die, die, die)  # 3-2 roll 
attack = np.stack([a1,a2,a3])       # stack attacker into a 6D array
attack.sort(axis=0)                 # sort their scores
attack_max = attack[-1,:,:,:,:,:]   # maximum score
attack_2nd = attack[-2,:,:,:,:,:]   # 2nd highest attack score

现在我们像以前一样比较：

defender_wins_1 = np.where(attack_max <= np.maximum(d1, d2), 1, 0)
defender_wins_2 = np.where(attack_2nd <= np.minimum(d1, d2), 1, 0)