[英]Distance calculation between rows in Pandas Dataframe using a distance matrix
我有以下Pandas DataFrame:
In [31]:
import pandas as pd
sample = pd.DataFrame({'Sym1': ['a','a','a','d'],'Sym2':['a','c','b','b'],'Sym3':['a','c','b','d'],'Sym4':['b','b','b','a']},index=['Item1','Item2','Item3','Item4'])
In [32]: print(sample)
Out [32]:
Sym1 Sym2 Sym3 Sym4
Item1 a a a b
Item2 a c c b
Item3 a b b b
Item4 d b d a
我想找到一种优雅的方法来根据这个距离矩阵得到每个Item
之间的距离:
In [34]:
DistMatrix = pd.DataFrame({'a': [0,0,0.67,1.34],'b':[0,0,0,0.67],'c':[0.67,0,0,0],'d':[1.34,0.67,0,0]},index=['a','b','c','d'])
print(DistMatrix)
Out[34]:
a b c d
a 0.00 0.00 0.67 1.34
b 0.00 0.00 0.00 0.67
c 0.67 0.00 0.00 0.00
d 1.34 0.67 0.00 0.00
例如,比较Item1
和Item2
将比较aaab
- > accb
- 使用距离矩阵,这将是0+0.67+0.67+0=1.34
理想输出:
Item1 Item2 Item3 Item4
Item1 0 1.34 0 2.68
Item2 1.34 0 0 1.34
Item3 0 0 0 2.01
Item4 2.68 1.34 2.01 0
这是一个老问题,但有一个Scipy函数可以做到这一点:
from scipy.spatial.distance import pdist, squareform
distances = pdist(sample.values, metric='euclidean')
dist_matrix = squareform(distances)
pdist
在Numpy矩阵上运行, DataFrame.values
是数据帧的底层Numpy NDarray表示。 metric
参数允许您选择几个内置距离度量中的一个,或者您可以传入任何二进制函数以使用自定义距离。 这是非常强大的,根据我的经验,非常快。 结果是一个“平面”数组,它只包含距离矩阵的上三角形(因为它是对称的),不包括对角线(因为它总是为0)。 squareform
然后将这种扁平形式转换为完整矩阵。
文档有更多信息,包括许多内置距离函数的数学纲要。
对于大数据,我发现了一种快速的方法。 假设您的数据已经是np.array格式,名为a。
from sklearn.metrics.pairwise import euclidean_distances
dist = euclidean_distances(a, a)
以下是比较两种方法所需时间的实验:
a = np.random.rand(1000,1000)
import time
time1 = time.time()
distances = pdist(a, metric='euclidean')
dist_matrix = squareform(distances)
time2 = time.time()
time2 - time1 #0.3639109134674072
time1 = time.time()
dist = euclidean_distances(a, a)
time2 = time.time()
time2-time1 #0.08735871315002441
这是根据需要做两倍的工作,但技术上也适用于非对称距离矩阵(不管是什么意思)
pd.DataFrame ( { idx1: { idx2:sum( DistMatrix[ x ][ y ]
for (x, y) in zip( row1, row2 ) )
for (idx2, row2) in sample.iterrows( ) }
for (idx1, row1 ) in sample.iterrows( ) } )
您可以通过将其分成几部分来使其更具可读性:
# a helper function to compute distance of two items
dist = lambda xs, ys: sum( DistMatrix[ x ][ y ] for ( x, y ) in zip( xs, ys ) )
# a second helper function to compute distances from a given item
xdist = lambda x: { idx: dist( x, y ) for (idx, y) in sample.iterrows( ) }
# the pairwise distance matrix
pd.DataFrame( { idx: xdist( x ) for ( idx, x ) in sample.iterrows( ) } )
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