【发布时间】:2018-02-24 02:15:40
【问题描述】:
我有一个 Pandas DataFrame 的测量值和相应的权重:
df = pd.DataFrame({'x': np.random.randn(1000), 'w': np.random.rand(1000)})
我想平滑测量值 (x) 同时采用元素方式
权重 (w) 考虑在内。这与滑动窗口的权重无关,
我也想应用它(例如三角形窗口,或者更漂亮的东西)。因此,要计算每个窗口内的平滑值,该函数应不仅通过窗口函数(例如三角形)对x 的切片元素进行加权,还应通过w 中的相应元素加权。
据我所知,pd.rolling_apply 不会这样做,因为它适用于
分别在x 和w 上给出函数。同样,pd.rolling_window 也没有考虑源 DataFrame 的元素权重;加权窗口(例如“三角形”)可以是用户定义的,但在前面是固定的。
这是我的慢速实现:
def rolling_weighted_triangle(x, w, window_size):
"""Smooth with triangle window, also using per-element weights."""
# Simplify slicing
wing = window_size // 2
# Pad both arrays with mirror-image values at edges
xp = np.r_[x[wing-1::-1], x, x[:-wing-1:-1]]
wp = np.r_[w[wing-1::-1], w, w[:-wing-1:-1]]
# Generate a (triangular) window of weights to slide
incr = 1. / (wing + 1)
ramp = np.arange(incr, 1, incr)
triangle = np.r_[ramp, 1.0, ramp[::-1]]
# Apply both sets of weights over each window
slices = (slice(i - wing, i + wing + 1) for i in xrange(wing, len(x) + wing))
out = (np.average(xp[slc], weights=triangle * wp[slc]) for slc in slices)
return np.fromiter(out, x.dtype)
如何使用 numpy/scipy/pandas 加快速度?
数据帧已经可以占用 RAM 的重要部分(10k 到 200M 行),例如预先分配每个元素的 2D 窗口权重数组太多了。我试图尽量减少临时数组的使用,也许使用
np.lib.stride_tricks.as_strided 和 np.apply_along_axis 或 np.convolve,但还没有找到完全复制上述内容的任何内容。
这是一个等价的统一窗口,而不是一个三角形(使用get_sliding_window trick from here)——接近但不完全在那里:
def get_sliding_window(a, width):
"""Sliding window over a 2D array.
Source: https://stackoverflow.com/questions/37447347/dataframe-representation-of-a-rolling-window/41406783#41406783
"""
# NB: a = df.values or np.vstack([x, y]).T
s0, s1 = a.strides
m, n = a.shape
return as_strided(a,
shape=(m-width+1, width, n),
strides=(s0, s0, s1))
def rolling_weighted_average(x, w, window_size):
"""Rolling weighted average with a uniform 'boxcar' window."""
wing = window_size // 2
window_size = 2 * wing + 1
xp = np.r_[x[wing-1::-1], x, x[:-wing-1:-1]]
wp = np.r_[w[wing-1::-1], w, w[:-wing-1:-1]]
x_w = np.vstack([xp, wp]).T
wins = get_sliding_window(x_w, window_size)
# TODO - apply triangle window weights - multiply over wins[,:,1]?
result = np.average(wins[:,:,0], axis=1, weights=wins[:,:,1])
return result
【问题讨论】:
-
这不等于在
w*x上应用窗口吗?也许您可以先生成该列? -
好像没有。给定窗口切片内的平均值不一定为 0。
标签: python pandas numpy scipy signal-processing