在 pandas Intervalindex 中查找匹配间隔

Question

在 0.20 中有一个名为 Intervalindex 的有趣 API，可让您创建区间索引。

给定一些示例数据：

data = [(893.1516130000001, 903.9187099999999),
 (882.384516, 893.1516130000001),
 (817.781935, 828.549032)]

你可以这样创建索引：

idx = pd.IntervalIndex.from_tuples(data)

print(idx)
IntervalIndex([(893.151613, 903.91871], (882.384516, 893.151613], (817.781935, 828.549032]]
              closed='right',
              dtype='interval[float64]')

Intervals 的一个有趣特性是您可以使用in 执行间隔检查：

print(y[-1])
Interval(817.78193499999998, 828.54903200000001, closed='right')

print(820 in y[-1])
True

print(1000 in y[-1])
False

我想知道如何将此操作应用于整个索引。例如，给定某个数字900，我如何检索适合该数字的间隔的布尔掩码？

我能想到：

m = [900 in y for y in idx]
print(m)
[True, False, False]

有没有更好的方法来做到这一点？

Answer 1

使用 NumPy

import numpy as np
data = [(893.1516130000001, 903.9187099999999),
         (882.384516, 893.1516130000001),
         (817.781935, 828.549032)]    
q = 900
# The next line broadcast q and tell if q is within the intervals/ranges defined in data (using numpy)
np.logical_xor(*(np.array(data) - q > 0).transpose())

Answer 2

如果您正在寻找速度，您可以使用 idx 的左右，即从范围中获取下限和上限，然后检查数字是否在边界之间，即

list(lower <= 900 <= upper for (lower, upper) in zip(idx.left,idx.right))

或者

[(900 > idx.left) & (900 <= idx.right)]

[对，错，错]

对于小数据

%%timeit
list(lower <= 900 <= upper for (lower, upper) in zip(idx.left,idx.right))
100000 loops, best of 3: 11.26 µs per loop

%%timeit
[900 in y for y in idx]
100000 loops, best of 3: 9.26 µs per loop

对于大数据

idx = pd.IntervalIndex.from_tuples(data*10000)

%%timeit
list(lower <= 900 <= upper for (lower, upper) in zip(idx.left,idx.right))
10 loops, best of 3: 29.2 ms per loop

%%timeit
[900 in y for y in idx]
10 loops, best of 3: 64.6 ms per loop

此方法胜过您的大数据解决方案。

Answer 3

如果您对性能感兴趣，IntervalIndex 会针对搜索进行优化。使用 .get_loc 或 .get_indexer 使用内部构建的 IntervalTree（如二叉树），它是在首次使用时构建的。

In [29]: idx = pd.IntervalIndex.from_tuples(data*10000)

In [30]: %timeit -n 1 -r 1 idx.map(lambda x: 900 in x)
92.8 ms ± 0 ns per loop (mean ± std. dev. of 1 run, 1 loop each)

In [40]: %timeit -n 1 -r 1 idx.map(lambda x: 900 in x)
42.7 ms ± 0 ns per loop (mean ± std. dev. of 1 run, 1 loop each)

# construct tree and search
In [31]: %timeit -n 1 -r 1 idx.get_loc(900)
4.55 ms ± 0 ns per loop (mean ± std. dev. of 1 run, 1 loop each)

# subsequently
In [32]: %timeit -n 1 -r 1 idx.get_loc(900)
137 µs ± 0 ns per loop (mean ± std. dev. of 1 run, 1 loop each)

# for a single indexer you can do even better (note that this is
# dipping into the impl a bit
In [27]: %timeit np.arange(len(idx))[(900 > idx.left) & (900 <= idx.right)]
203 µs ± 1.55 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)

请注意，.get_loc() 返回一个索引器（它实际上比布尔数组更有用，但它们可以相互转换）。

In [38]: idx.map(lambda x: 900 in x)
    ...: 
Out[38]: 
Index([ True, False, False,  True, False, False,  True, False, False,  True,
       ...
       False,  True, False, False,  True, False, False,  True, False, False], dtype='object', length=30000)

In [39]: idx.get_loc(900)
    ...: 
Out[39]: array([29997,  9987, 10008, ..., 19992, 19989,     0])

返回一个布尔数组被转换为一个索引器数组

In [5]: np.arange(len(idx))[idx.map(lambda x: 900 in x).values.astype(bool)]
Out[5]: array([    0,     3,     6, ..., 29991, 29994, 29997])

这是 .get_loc() 和 .get_indexer() 返回的内容：

In [6]: np.sort(idx.get_loc(900))
Out[6]: array([    0,     3,     6, ..., 29991, 29994, 29997])

Answer 4

你可以使用map:

idx.map(lambda x: 900 in x)
#Index([True, False, False], dtype='object')

时间安排：

%timeit [900 in y for y in idx]
#100000 loops, best of 3: 3.76 µs per loop

%timeit idx.map(lambda x: 900 in x)
#10000 loops, best of 3: 48.7 µs per loop

%timeit map(lambda x: 900 in x, idx)
#100000 loops, best of 3: 4.95 µs per loop

显然，理解是最快的，但内置 map 并没有落后太多。

当我们引入更多数据（准确地说是数据的 10K 倍）时，结果甚至会变得更糟：

%timeit [900 in y for y in idx]
#10 loops, best of 3: 26.8 ms per loop

%timeit idx.map(lambda x: 900 in x)
#10 loops, best of 3: 30 ms per loop

%timeit map(lambda x: 900 in x, idx)
#10 loops, best of 3: 29.5 ms per loop

正如我们所见，内置 map 非常接近 .map() 所以 - 让我们看看 10 倍甚至更多的数据会发生什么：

%timeit [900 in y for y in idx]
#1 loop, best of 3: 270 ms per loop

%timeit idx.map(lambda x: 900 in x)
#1 loop, best of 3: 299 ms per loop

%timeit map(lambda x: 900 in x, idx)
#1 loop, best of 3: 291 ms per loop

结论：

理解是赢家，但在大量数据上并没有那么明显。