NumPy配列のアドレス情報を調べる方法

2020年3月18日

Numpyをもっと深く知りたい方へ。かなりマニアックです。

1. NumPyのメモリ管理方法
2. NumPy配列のアドレス情報を調べるには
3. まとめ
- 3.1. おすすめ記事
- 3.2. 関連

NumPyのメモリ管理方法

NumPy配列とメタデータは、特定のデータが格納されるデータバッファという専用のメモリ領域に置かれており、一旦NumPy配列を初期化したら、メタデータとデータは、ランダムアクセスメモリ（RAM:Random Access Memory）内に割り当てられた位置に格納されます。

ここで気になるのは、ndarray型のデータがどのようにメモリにレイアウトされているかです。

これを知ることはとても重要です。

なぜなら、データが連続的にメモリに格納されていれば読み出しが早く、逆に途切れ途切れに格納されていれば読み出しが遅くなるからです。

扱うデータ量が多くなれば、計算速度にかなり影響が出ます。

特にリアルタイム処理を考えているなら知らないと致命傷になります。

NumPy配列のアドレス情報を調べるには

＿＿array_interface＿＿
これを配列の後ろに付けるとNumPy配列のアドレス情報が確認できます。

以下のリストを見てください。

import numpy as np

array_1 = np.array([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12])
array_2 = array_1[::2]
array_3 = array_1[::4]

print('array_1 =', array_1)
print('array_2 =', array_2)
print('array_3 =', array_3)

print(array_1.__array_interface__)
print(array_2.__array_interface__)
print(array_3.__array_interface__)

これを実行すると以下となります。

array_1 = [ 0  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10 11 12]
array_2 = [ 0  2  4  6  8 10 12]
array_3 = [ 0  4  8 12]

{'data': (1211476552720, False), 
'strides': None, 
'descr': [('', '<i4')], 
'typestr': '<i4', 
'shape': (13,), 
'version': 3}

{'data': (1211476552720, False), 
'strides': (8,), 
'descr': [('', '<i4')], 
'typestr': '<i4', 
'shape': (7,), 
'version': 3}

{'data': (1211476552720, False), 
'strides': (16,), 
'descr': [('', '<i4')], 
'typestr': '<i4', 
'shape': (4,), 
'version': 3}

出力された文字の意味は以下。

data	データの格納場所です。タプルの最初の要素はNumPy配列のメモリブロックアドレスです。二番目の要素は読み出し専用か否か。False は読み出し専用ではないということです。
strides	その配列がＣ言語式の連続したメモリバッファかどうかを示しています。 Noneは連続したメモリバッファであることを示しています。連続していないと計算時間が遅くなります。 Noneでない場合は、次の配列要素を取得するにはどこへ飛べばよいかの情報を示しています。
descr	デフォルトは[(' ', typestr)]。メモリレイアウトに関してより詳しい情報を提供できる場合があります。
typestr	先頭から順に、バイトオーダー、文字コード、バイト数の3つの値です。この場合、バイトオーダーはリトルエンディアン、文字コードは整数、バイト数は4を示しています。
shape	次元のサイズ。array_1の場合は、１次元で要素数13を示しています。
version	バージョン番号です。この例では3です。