如何在 np.roll() 上使用函数，例如 DataFrame.rolling().apply(function) 或 dataframe.rolling().agg(function)？答案

【问题标题】：How to use a function onto np.roll() like DataFrame.rolling().apply(function) or dataframe.rolling().agg(function)?如何在 np.roll() 上使用函数，例如 DataFrame.rolling().apply(function) 或 dataframe.rolling().agg(function)？
【发布时间】：2021-12-04 13:52:23
【问题描述】：

我有下面的函数，想把它应用到一个 numpy.roll 上。我在互联网上搜索无济于事，stackoverflow 上的大多数 np.roll 解决方案都倾向于展示如何执行滚动功能，但这不是我想要的。

from sklearn.decomposition import PCA

df = pd.DataFrame({"A": [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8], "B": [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]})
df_a = np.array(df)

def first_variance(X):
    pca = PCA(n_components=1)
    pca.fit(X)
    return pca.explained_variance_

np.roll(df_a, 10)

有没有办法像在 pandas df 上一样在这个滚动的 numpy 函数上使用函数？

编辑

对此的预期结果将是结果的时间序列数据框。请忽略数字相同的事实。实际上情况并非如此，只好拿出一些东西来用作演示。

         PCA 1 Expl Var PCA 2 Expl Var  PCA 3 Expl Var  PCA 4 Expl Var  PCA 5 Expl Var
2021-10-01  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368
2021-10-11  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368
2021-10-21  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368
2021-10-31  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368
2021-11-11  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368
2021-11-21  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368
2021-12-01  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368
2021-12-11  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368
2021-12-21  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368
2021-12-31  0.011044    0.004083    0.003389    0.002877    0.002368

我打算把数组变成一个df。当我尝试 df.rolling(3).apply(first_variance) 时，我得到了这个错误：

ValueError: Expected 2D array, got 1D array instead: array=[1. 2. 3.]. Reshape your data either using array.reshape(-1, 1) if your data has a single feature or array.reshape(1, -1) if it contains a single sample.

所以我决定把它变成一个数组，然后在上面运行滚动函数，然后把数组变成一个df，看起来像上面的样子。

【问题讨论】：

您希望np.roll 做什么？这与df.rolling 完全不同。
我知道它不像 df.rolling，我想知道我是否可以将函数应用于每 10 个值的数组，就像使用 df.rolling(10) 的数据框每 10 行一样。应用（函数）。但我想将 np.roll() 应用于上述代码中的 first_variance(X) 函数。
np.roll` 返回一个新数组。它不会就地执行。
您的示例的预期输出是什么？
@Michael Szczesny，我已经更新了代码以展示预期的输出。

标签： python numpy rolling-computation

【解决方案1】：

pd.rolling 的（几乎）numpy 等效项是 sliding_window_view

from numpy.lib.stride_tricks import sliding_window_view

WINDOWSIZE = 3

# Pandas version
pd_out = df.rolling(WINDOWSIZE).sum()

# Numpy version
np_out = sliding_window_view(df_a, (WINDOWSIZE, df_a.shape[1])).sum(axis=2).squeeze()

输出：

>>> pd_out
      A     B
0   NaN   NaN
1   NaN   NaN
2   6.0   9.0
3   9.0  12.0
4  12.0  15.0
5  15.0  18.0
6  18.0  21.0
7  21.0  24.0

>>> np_out
array([[ 6,  9],
       [ 9, 12],
       [12, 15],
       [15, 18],
       [18, 21],
       [21, 24]])

注意：请注意 numpy 版本缺少 nan，因此行数与原始数组不同。

sliding_window_view的详细信息：

>>> sliding_window_view(df_a, (WINDOWSIZE, df_a.shape[1]))
array([[[[1, 2],
         [2, 3],
         [3, 4]]],


       [[[2, 3],
         [3, 4],
         [4, 5]]],


       [[[3, 4],
         [4, 5],
         [5, 6]]],


       [[[4, 5],
         [5, 6],
         [6, 7]]],


       [[[5, 6],
         [6, 7],
         [7, 8]]],


       [[[6, 7],
         [7, 8],
         [8, 9]]]])

【讨论】：

感谢您的回复。如何将原始代码中的函数first_variance 应用到滚动窗口而不是sum(axis=2)？
看看apply_along_axis和apply_over_axes
谢谢，感谢您的帮助。虽然它没有用，但我会尝试找到另一种方法。无论如何，感谢您的帮助