使用 Java 8 流计算加权平均值

Question

如何计算 Map<Double, Integer> 的加权平均值，其中 Integer 值是要平均的 Double 值的权重。 例如：地图有以下元素：

1. (0.7, 100) // 值为 0.7，权重为 100
2. (0.5, 200)
3. (0.3, 300)
4. (0.0, 400)

我希望使用 Java 8 流应用以下公式，但不确定如何同时计算分子和分母并同时保留它。这里如何使用reduction？

Answer 1

您可以为此任务创建自己的收集器：

static <T> Collector<T,?,Double> averagingWeighted(ToDoubleFunction<T> valueFunction, ToIntFunction<T> weightFunction) {
    class Box {
        double num = 0;
        long denom = 0;
    }
    return Collector.of(
             Box::new,
             (b, e) -> { 
                 b.num += valueFunction.applyAsDouble(e) * weightFunction.applyAsInt(e); 
                 b.denom += weightFunction.applyAsInt(e);
             },
             (b1, b2) -> { b1.num += b2.num; b1.denom += b2.denom; return b1; },
             b -> b.num / b.denom
           );
}

此自定义收集器采用两个函数作为参数：一个是返回用于给定流元素的值的函数（作为ToDoubleFunction），另一个返回权重（作为ToIntFunction）。它使用一个辅助本地类在收集过程中存储分子和分母。每次接受一个条目时，分子会随着该值与其权重相乘的结果而增加，而分母会随着权重而增加。然后完成者将两者的除法返回为Double。

示例用法如下：

Map<Double,Integer> map = new HashMap<>();
map.put(0.7, 100);
map.put(0.5, 200);

double weightedAverage =
  map.entrySet().stream().collect(averagingWeighted(Map.Entry::getKey, Map.Entry::getValue));

Answer 2

您可以使用此过程来计算地图的加权平均值。注意map entry的key应该包含value，map entry的value应该包含weight。

     /**
     * Calculates the weighted average of a map.
     *
     * @throws ArithmeticException If divide by zero happens
     * @param map A map of values and weights
     * @return The weighted average of the map
     */
    static Double calculateWeightedAverage(Map<Double, Integer> map) throws ArithmeticException {
        double num = 0;
        double denom = 0;
        for (Map.Entry<Double, Integer> entry : map.entrySet()) {
            num += entry.getKey() * entry.getValue();
            denom += entry.getValue();
        }

        return num / denom;
    }

您可以查看其单元测试以查看用例。

     /**
     * Tests our method to calculate the weighted average.
     */
    @Test
    public void testAveragingWeighted() {
        Map<Double, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put(0.7, 100);
        map.put(0.5, 200);
        Double weightedAverage = calculateWeightedAverage(map);
        Assert.assertTrue(weightedAverage.equals(0.5666666666666667));
    }

您需要这些导入来进行单元测试：

import org.junit.Assert;
import org.junit.Test;

代码需要这些导入：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

希望对你有帮助。

Answer 3

public static double weightedAvg(Collection<Map.Entry<? extends Number, ? extends Number> data) {
    var sumWeights = data.stream()
        .map(Map.Entry::getKey)
        .mapToDouble(Number::doubleValue)
        .sum();
    var sumData = data.stream()
        .mapToDouble(e -> e.getKey().doubleValue() * e.getValue().doubleValue())
        .sum();
    return sumData / sumWeights;
}

Answer 4

static float weightedMean(List<Double> value, List<Integer> weighted, int n) {
    int sum = 0;
    double numWeight = 0;

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        numWeight = numWeight + value.get(i).doubleValue() * weighted.get(i).intValue();
        sum = sum + weighted.get(i).intValue();
    }

    return (float) (numWeight) / sum;
}