[Numpy] Fancy Indexing 🤖

개념

NumPy의 fancy indexing 또는 advanced indexing은 배열에서 단일 값이 아니라 여러 값을 동시에 선택하거나 조작할 수 있는 강력한 인덱싱 방법입니다. 기본적인 인덱싱(정수 인덱싱이나 슬라이싱)과 달리, fancy indexing은 배열이나 리스트로 인덱스를 전달하여 원하는 위치의 여러 값을 한 번에 선택할 수 있습니다. 이 기능은 매우 유연하고, 복잡한 배열에서 데이터를 선택하는 데 유용합니다.

기본적인 인덱싱과의 차이점

기본적인 인덱싱은 단일 인덱스 또는 슬라이스로 배열의 원소를 선택합니다. 예를 들어:

arr = np.array([10, 20, 30, 40, 50])
print(arr[2])   # 결과: 30 (단일 인덱스)
print(arr[1:3]) # 결과: [20 30] (슬라이스)

하지만 fancy indexing에서는 배열이나 리스트로 복수의 인덱스를 전달하여 여러 값에 접근할 수 있습니다.

Fancy indexing 사용법

정수 배열로 인덱싱
- 배열에서 특정 위치에 있는 여러 원소를 동시에 선택할 수 있습니다.
- 인덱스 배열이 1차원이든 다차원이든 상관없습니다.
예시:
```
arr = np.array([10, 20, 30, 40, 50])
indices = [1, 3, 4]
print(arr[indices])  # 결과: [20 40 50]
```
2차원 배열에서도 같은 방식으로 사용할 수 있습니다.

row_indices와 col_indices의 길이는 같아야 한다.
```
arr2d = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
row_indices = [0, 2]
col_indices = [1, 2]
print(arr2d[row_indices, col_indices])  # 결과: [2 9]
```
여기서 arr2d[0, 1]은 2, arr2d[2, 2]는 9이므로 [2, 9]를 반환합니다.
불리언 마스크 배열로 인덱싱
- 배열의 각 원소에 대해 조건을 검사한 결과를 이용해 특정 조건을 만족하는 원소를 선택할 수 있습니다.
예시:
```
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
mask = arr > 3  # 조건 생성: [False, False, False, True, True]
print(arr[mask])  # 결과: [4 5]
```
다차원 배열에서의 fancy indexing
- 다차원 배열에서는 각각의 축에 대해 배열을 사용하여 요소를 선택할 수 있습니다.
예시:
```
arr2d = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
row_indices = [0, 1, 2]
col_indices = [2, 1, 0]
print(arr2d[row_indices, col_indices])  # 결과: [3 5 7]
```
여기서 arr2d[0, 2]는 3, arr2d[1, 1]은 5, arr2d[2, 0]은 7입니다.

Fancy indexing과 기본 인덱싱의 차이점

기본 인덱싱: 슬라이싱을 사용하면 원본 배열의 뷰(view)가 생성되어 해당 배열을 수정하면 원본 배열에도 영향을 미칩니다.
Fancy indexing: Fancy indexing을 사용하면 배열의 복사본이 생성됩니다. 따라서, 인덱싱 결과를 수정해도 원본 배열에는 영향을 미치지 않습니다.

예시:

arr = np.array([10, 20, 30, 40, 50])
fancy_result = arr[[1, 3]]
fancy_result[0] = 100
print(arr)  # 결과: [10 20 30 40 50] (원본 배열은 수정되지 않음)

Fancy indexing을 이용한 할당

Fancy indexing을 이용해 선택한 값들을 수정할 수 있습니다.

arr = np.array([10, 20, 30, 40, 50])
arr[[1, 3, 4]] = 99  # 1, 3, 4 번째 원소를 99로 변경
print(arr)  # 결과: [10 99 30 99 99]

결론

NumPy의 fancy indexing은 매우 유연한 방식으로 배열의 여러 요소를 동시에 선택하거나 변경할 수 있게 해줍니다. 복잡한 배열에서 특정 패턴을 따라 값을 추출하거나 조작해야 할 때 매우 유용한 기능입니다.