基於列值從數據幀中插值

Question

假設我有以下問題：

import pandas as pd
import numpy as np

xp = [0.0, 0.5, 1.0]

np.random.seed(100)
df = pd.DataFrame(np.random.rand(10, 4), columns=['x0', 'y1', 'y2', 'y3'])

df
      x0     y1     y2     y3
0 0.5434 0.2784 0.4245 0.8448
1 0.0047 0.1216 0.6707 0.8259
2 0.1367 0.5751 0.8913 0.2092
3 0.1853 0.1084 0.2197 0.9786
4 0.8117 0.1719 0.8162 0.2741
5 0.4317 0.9400 0.8176 0.3361
6 0.1754 0.3728 0.0057 0.2524
7 0.7957 0.0153 0.5988 0.6038
8 0.1051 0.3819 0.0365 0.8904
9 0.9809 0.0599 0.8905 0.5769

我想插入一個名為interp的列。 要插值的x坐標值包含在列x0 ，數據點的x坐標是xp ，數據點的y坐標包含在y1 ， y2和y3 。

到目前為止，我想出了以下內容：

df['interp'] = df.apply(lambda x: np.interp(x.x0, xp, [x.y1, x.y2, x.y3]), axis=1)

df
      x0     y1     y2     y3  interp
0 0.5434 0.2784 0.4245 0.8448  0.4610
1 0.0047 0.1216 0.6707 0.8259  0.1268
2 0.1367 0.5751 0.8913 0.2092  0.6616
3 0.1853 0.1084 0.2197 0.9786  0.1496
4 0.8117 0.1719 0.8162 0.2741  0.4783
5 0.4317 0.9400 0.8176 0.3361  0.8344
6 0.1754 0.3728 0.0057 0.2524  0.2440
7 0.7957 0.0153 0.5988 0.6038  0.6018
8 0.1051 0.3819 0.0365 0.8904  0.3093
9 0.9809 0.0599 0.8905 0.5769  0.5889

但是，執行此計算的數據幀包含超過一百萬行，因此我希望使用比apply更快的方法。 有任何想法嗎？

np.interp似乎只采用1-D數組，這就是我使用apply的原因。

Answer 1

使這更快的一個好方法是pandas.DataFrame.eval() ：

TL; DR

Seconds per number of rows
Rows:     100   1000  10000    1E5    1E6    1E7
apply:  0.076  0.734  7.812
eval:   0.056  0.053  0.058  0.087  0.338  2.887

從這些時序可以看出， eval()有很多設置開銷，最多10,000行基本上需要相同的時間。 但它比應用程序快兩個數量級，因此它肯定值得大數據集的開銷。

它是什么？

來自（ DOCS ）

pandas.eval(expr, parser='pandas', engine=None, truediv=True, 
            local_dict=None, global_dict=None, resolvers=(),
            level=0, target=None, inplace=None)

使用各種后端將Python表達式評估為字符串。

支持以下算術運算：+， - ，*，/，**，％，//（僅限python引擎）以及以下布爾運算： （或），＆（和），和（不）。 此外，'pandas'解析器允許使用和，或不使用與相應的按位運算符相同的語義。 系列和DataFrame對象受支持，其行為與普通的Python評估一樣。

為這個問題進行的技巧：

下面的代碼利用了插值總是只有兩個段的事實。 它實際上計算了兩個段的插值，然后通過bool測試（即0,1）乘以丟棄未使用的段

傳遞給eval的實際表達式是：

((y2-y1) / 0.5 * (x0-0.0) + y1) * (x0 < 0.5)+((y3-y2) / 0.5 * (x0-0.5) + y2) * (x0 >= 0.5)

碼：

import pandas as pd
import numpy as np

xp = [0.0, 0.5, 1.0]

np.random.seed(100)

def method1():
    df['interp'] = df.apply(
        lambda x: np.interp(x.x0, xp, [x.y1, x.y2, x.y3]), axis=1)

def method2():
    exp = '((y%d-y%d) / %s * (x0-%s) + y%d) * (x0 %s 0.5)'
    exp_1 = exp % (2, 1, xp[1] - xp[0], xp[0], 1, '<')
    exp_2 = exp % (3, 2, xp[2] - xp[1], xp[1], 2, '>=')

    df['interp2'] = df.eval(exp_1 + '+' + exp_2)

from timeit import timeit

def runit(stmt):
    print("%s: %.3f" % (
        stmt, timeit(stmt + '()', number=10,
                     setup='from __main__ import ' + stmt)))

def runit_size(size):
    global df
    df = pd.DataFrame(
        np.random.rand(size, 4), columns=['x0', 'y1', 'y2', 'y3'])

    print('Rows: %d' % size)
    if size <= 10000:
        runit('method1')
    runit('method2')

for i in (100, 1000, 10000, 100000, 1000000, 10000000):
    runit_size(i)

print(df.head())

結果：

         x0        y1        y2        y3    interp   interp2
0  0.060670  0.949837  0.608659  0.672003  0.908439  0.908439
1  0.462774  0.704273  0.181067  0.647582  0.220021  0.220021
2  0.568109  0.954138  0.796690  0.585310  0.767897  0.767897
3  0.455355  0.738452  0.812236  0.927291  0.805648  0.805648
4  0.826376  0.029957  0.772803  0.521777  0.608946  0.608946