Dưới đây là nhiều cách để thực hiện việc này, cùng với một số điểm chuẩn. Các phương pháp tốt nhất là các phiên bản sử dụng mã được tối ưu hóa từ các thư viện khác. Các bottleneck.move_meanphương pháp có lẽ là tốt nhất tất cả xung quanh. Cách scipy.convolvetiếp cận này cũng rất nhanh, có thể mở rộng và đơn giản về mặt cú pháp và khái niệm, nhưng không chia tỷ lệ tốt cho các giá trị cửa sổ rất lớn. Các numpy.cumsumphương pháp là tốt nếu bạn cần một tinh khiết numpycách tiếp cận.
Lưu ý: Một số trong số này (ví dụ bottleneck.move_mean) không được căn giữa và sẽ thay đổi dữ liệu của bạn.
import numpy as np
import scipy as sci
import scipy.signal as sig
import pandas as pd
import bottleneck as bn
import time as time
def rollavg_direct(a,n):
'Direct "for" loop'
assert n%2==1
b = a*0.0
for i in range(len(a)) :
b[i]=a[max(i-n//2,0):min(i+n//2+1,len(a))].mean()
return b
def rollavg_comprehension(a,n):
'List comprehension'
assert n%2==1
r,N = int(n/2),len(a)
return np.array([a[max(i-r,0):min(i+r+1,N)].mean() for i in range(N)])
def rollavg_convolve(a,n):
'scipy.convolve'
assert n%2==1
return sci.convolve(a,np.ones(n,dtype='float')/n, 'same')[n//2:-n//2+1]
def rollavg_convolve_edges(a,n):
'scipy.convolve, edge handling'
assert n%2==1
return sci.convolve(a,np.ones(n,dtype='float'), 'same')/sci.convolve(np.ones(len(a)),np.ones(n), 'same')
def rollavg_cumsum(a,n):
'numpy.cumsum'
assert n%2==1
cumsum_vec = np.cumsum(np.insert(a, 0, 0))
return (cumsum_vec[n:] - cumsum_vec[:-n]) / n
def rollavg_cumsum_edges(a,n):
'numpy.cumsum, edge handling'
assert n%2==1
N = len(a)
cumsum_vec = np.cumsum(np.insert(np.pad(a,(n-1,n-1),'constant'), 0, 0))
d = np.hstack((np.arange(n//2+1,n),np.ones(N-n)*n,np.arange(n,n//2,-1)))
return (cumsum_vec[n+n//2:-n//2+1] - cumsum_vec[n//2:-n-n//2]) / d
def rollavg_roll(a,n):
'Numpy array rolling'
assert n%2==1
N = len(a)
rolling_idx = np.mod((N-1)*np.arange(n)[:,None] + np.arange(N), N)
return a[rolling_idx].mean(axis=0)[n-1:]
def rollavg_roll_edges(a,n):
# see /programming/42101082/fast-numpy-roll
'Numpy array rolling, edge handling'
assert n%2==1
a = np.pad(a,(0,n-1-n//2), 'constant')*np.ones(n)[:,None]
m = a.shape[1]
idx = np.mod((m-1)*np.arange(n)[:,None] + np.arange(m), m) # Rolling index
out = a[np.arange(-n//2,n//2)[:,None], idx]
d = np.hstack((np.arange(1,n),np.ones(m-2*n+1+n//2)*n,np.arange(n,n//2,-1)))
return (out.sum(axis=0)/d)[n//2:]
def rollavg_pandas(a,n):
'Pandas rolling average'
return pd.DataFrame(a).rolling(n, center=True, min_periods=1).mean().to_numpy()
def rollavg_bottlneck(a,n):
'bottleneck.move_mean'
return bn.move_mean(a, window=n, min_count=1)
N = 10**6
a = np.random.rand(N)
functions = [rollavg_direct, rollavg_comprehension, rollavg_convolve,
rollavg_convolve_edges, rollavg_cumsum, rollavg_cumsum_edges,
rollavg_pandas, rollavg_bottlneck, rollavg_roll, rollavg_roll_edges]
print('Small window (n=3)')
%load_ext memory_profiler
for f in functions :
print('\n'+f.__doc__+ ' : ')
%timeit b=f(a,3)
print('\nLarge window (n=1001)')
for f in functions[0:-2] :
print('\n'+f.__doc__+ ' : ')
%timeit b=f(a,1001)
print('\nMemory\n')
print('Small window (n=3)')
N = 10**7
a = np.random.rand(N)
%load_ext memory_profiler
for f in functions[2:] :
print('\n'+f.__doc__+ ' : ')
%memit b=f(a,3)
print('\nLarge window (n=1001)')
for f in functions[2:-2] :
print('\n'+f.__doc__+ ' : ')
%memit b=f(a,1001)
Thời gian, Cửa sổ nhỏ (n = 3)
Direct "for" loop :
4.14 s ± 23.7 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
List comprehension :
3.96 s ± 27.9 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
scipy.convolve :
1.07 ms ± 26.7 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)
scipy.convolve, edge handling :
4.68 ms ± 9.69 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
numpy.cumsum :
5.31 ms ± 5.11 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
numpy.cumsum, edge handling :
8.52 ms ± 11.1 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
Pandas rolling average :
9.85 ms ± 9.63 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
bottleneck.move_mean :
1.3 ms ± 12.2 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
Numpy array rolling :
31.3 ms ± 91.9 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)
Numpy array rolling, edge handling :
61.1 ms ± 55.9 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)
Thời gian, Cửa sổ lớn (n = 1001)
Direct "for" loop :
4.67 s ± 34 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
List comprehension :
4.46 s ± 14.6 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
scipy.convolve :
103 ms ± 165 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)
scipy.convolve, edge handling :
272 ms ± 1.23 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
numpy.cumsum :
5.19 ms ± 12.4 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
numpy.cumsum, edge handling :
8.7 ms ± 11.5 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
Pandas rolling average :
9.67 ms ± 199 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
bottleneck.move_mean :
1.31 ms ± 15.7 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
Bộ nhớ, Cửa sổ nhỏ (n = 3)
The memory_profiler extension is already loaded. To reload it, use:
%reload_ext memory_profiler
scipy.convolve :
peak memory: 362.66 MiB, increment: 73.61 MiB
scipy.convolve, edge handling :
peak memory: 510.24 MiB, increment: 221.19 MiB
numpy.cumsum :
peak memory: 441.81 MiB, increment: 152.76 MiB
numpy.cumsum, edge handling :
peak memory: 518.14 MiB, increment: 228.84 MiB
Pandas rolling average :
peak memory: 449.34 MiB, increment: 160.02 MiB
bottleneck.move_mean :
peak memory: 374.17 MiB, increment: 75.54 MiB
Numpy array rolling :
peak memory: 661.29 MiB, increment: 362.65 MiB
Numpy array rolling, edge handling :
peak memory: 1111.25 MiB, increment: 812.61 MiB
Bộ nhớ, Cửa sổ lớn (n = 1001)
scipy.convolve :
peak memory: 370.62 MiB, increment: 71.83 MiB
scipy.convolve, edge handling :
peak memory: 521.98 MiB, increment: 223.18 MiB
numpy.cumsum :
peak memory: 451.32 MiB, increment: 152.52 MiB
numpy.cumsum, edge handling :
peak memory: 527.51 MiB, increment: 228.71 MiB
Pandas rolling average :
peak memory: 451.25 MiB, increment: 152.50 MiB
bottleneck.move_mean :
peak memory: 374.64 MiB, increment: 75.85 MiB