Réindexation DataFrame MultiIndex des pandas lents

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J'ai un DataFrame pandas de la forme:

                       id                start_time  sequence_no    value
0                      71 2018-10-17 20:12:43+00:00       114428        3
1                      71 2018-10-17 20:12:43+00:00       114429        3
2                      71 2018-10-17 20:12:43+00:00       114431       79
3                      71 2019-11-06 00:51:14+00:00       216009      100
4                      71 2019-11-06 00:51:14+00:00       216011      150
5                      71 2019-11-06 00:51:14+00:00       216013      180
6                      92 2019-12-01 00:51:14+00:00       114430       19
7                      92 2019-12-01 00:51:14+00:00       114433       79
8                      92 2019-12-01 00:51:14+00:00       114434      100

Ce que j'essaie de faire, c'est de remplir le sequence_no per id / start_timecombo manquant . Par exemple, le id/ start_timeappariement de 71et 2018-10-17 20:12:43+00:00, est absent sequence_no 114430. Pour chaque séquence_no manquante ajoutée, j'ai également besoin de faire la moyenne / interpoler la valuevaleur de colonne manquante . Ainsi, le traitement final des données ci-dessus finirait par ressembler à:

                       id                start_time  sequence_no    value
0                      71 2018-10-17 20:12:43+00:00       114428        3
1                      71 2018-10-17 20:12:43+00:00       114429        3
2                      71 2018-10-17 20:12:43+00:00       114430       41  **
3                      71 2018-10-17 20:12:43+00:00       114431       79
4                      71 2019-11-06 00:51:14+00:00       216009      100  
5                      71 2019-11-06 00:51:14+00:00       216010      125  **
6                      71 2019-11-06 00:51:14+00:00       216011      150
7                      71 2019-11-06 00:51:14+00:00       216012      165  **
8                      71 2019-11-06 00:51:14+00:00       216013      180
9                      92 2019-12-01 00:51:14+00:00       114430       19
10                     92 2019-12-01 00:51:14+00:00       114431       39  **
11                     92 2019-12-01 00:51:14+00:00       114432       59  **
12                     92 2019-12-01 00:51:14+00:00       114433       79
13                     92 2019-12-01 00:51:14+00:00       114434      100

( **ajouté à droite des lignes nouvellement insérées pour une meilleure lisibilité)

Ma solution originale pour faire cela reposait fortement sur des boucles Python sur une grande table de données, donc cela semblait être l'endroit idéal pour que numpy et pandas brillent. S'appuyant sur des réponses SO comme Pandas: créez des lignes pour combler les lacunes numériques , j'ai trouvé:

import pandas as pd
import numpy as np

# Generate dummy data
df = pd.DataFrame([
    (71, '2018-10-17 20:12:43+00:00', 114428, 3),
    (71, '2018-10-17 20:12:43+00:00', 114429, 3),
    (71, '2018-10-17 20:12:43+00:00', 114431, 79),
    (71, '2019-11-06 00:51:14+00:00', 216009, 100),
    (71, '2019-11-06 00:51:14+00:00', 216011, 150),
    (71, '2019-11-06 00:51:14+00:00', 216013, 180),
    (92, '2019-12-01 00:51:14+00:00', 114430, 19),
    (92, '2019-12-01 00:51:14+00:00', 114433, 79),
    (92, '2019-12-01 00:51:14+00:00', 114434, 100),   
], columns=['id', 'start_time', 'sequence_no', 'value'])

# create a new DataFrame with the min/max `sequence_no` values for each `id`/`start_time` pairing
by_start = df.groupby(['start_time', 'id'])
ranges = by_start.agg(
    sequence_min=('sequence_no', np.min), sequence_max=('sequence_no', np.max)
)
reset = ranges.reset_index()

mins = reset['sequence_min']
maxes = reset['sequence_max']

# Use those min/max values to generate a sequence with ALL values in that range
expanded = pd.DataFrame(dict(
    start_time=reset['start_time'].repeat(maxes - mins + 1),
    id=reset['id'].repeat(maxes - mins + 1),
    sequence_no=np.concatenate([np.arange(mins, maxes + 1) for mins, maxes in zip(mins, maxes)])
))

# Use the above generated DataFrame as an index to generate the missing rows, then interpolate
expanded_index = pd.MultiIndex.from_frame(expanded)
df.set_index(
    ['start_time', 'id', 'sequence_no']
).reindex(expanded_index).interpolate()

La sortie est correcte, mais elle fonctionne presque exactement à la même vitesse que ma solution de lots de boucles en python. Je suis sûr qu'il y a des endroits où je pourrais couper quelques étapes, mais la partie la plus lente de mes tests semble être la reindex. Étant donné que les données du monde réel se composent de près d'un million de lignes (exploitées fréquemment), existe-t-il des moyens évidents d'obtenir un avantage en termes de performances par rapport à ce que j'ai déjà écrit? Est-ce que je peux accélérer cette transformation?

Mise à jour 9/12/2019

La combinaison de la solution de fusion de cette réponse avec la construction originale de la trame de données étendue donne les résultats les plus rapides jusqu'à présent, lorsqu'elle est testée sur un ensemble de données suffisamment grand:

import pandas as pd
import numpy as np

# Generate dummy data
df = pd.DataFrame([
    (71, '2018-10-17 20:12:43+00:00', 114428, 3),
    (71, '2018-10-17 20:12:43+00:00', 114429, 3),
    (71, '2018-10-17 20:12:43+00:00', 114431, 79),
    (71, '2019-11-06 00:51:14+00:00', 216009, 100),
    (71, '2019-11-06 00:51:14+00:00', 216011, 150),
    (71, '2019-11-06 00:51:14+00:00', 216013, 180),
    (92, '2019-12-01 00:51:14+00:00', 114430, 19),
    (92, '2019-12-01 00:51:14+00:00', 114433, 79),
    (92, '2019-12-01 00:51:14+00:00', 114434, 100),   
], columns=['id', 'start_time', 'sequence_no', 'value'])

# create a ranges df with groupby and agg
ranges = df.groupby(['start_time', 'id'])['sequence_no'].agg([
    ('sequence_min', np.min), ('sequence_max', np.max)
])
reset = ranges.reset_index()

mins = reset['sequence_min']
maxes = reset['sequence_max']

# Use those min/max values to generate a sequence with ALL values in that range
expanded = pd.DataFrame(dict(
    start_time=reset['start_time'].repeat(maxes - mins + 1),
    id=reset['id'].repeat(maxes - mins + 1),
    sequence_no=np.concatenate([np.arange(mins, maxes + 1) for mins, maxes in zip(mins, maxes)])
))

# merge expanded and df
merge = expanded.merge(df, on=['start_time', 'id', 'sequence_no'], how='left')
# interpolate and assign values 
merge['value'] = merge['value'].interpolate()
python  pandas  numpy  dataframe 
— MBrizzle
source

Réponses:

8

utiliser mergeau lieu de reindexpeut accélérer les choses. En outre, l'utilisation de la carte au lieu de la compréhension de la liste peut également.

# Generate dummy data
df = pd.DataFrame([
    (71, '2018-10-17 20:12:43+00:00', 114428, 3),
    (71, '2018-10-17 20:12:43+00:00', 114429, 3),
    (71, '2018-10-17 20:12:43+00:00', 114431, 79),
    (71, '2019-11-06 00:51:14+00:00', 216009, 100),
    (71, '2019-11-06 00:51:14+00:00', 216011, 150),
    (71, '2019-11-06 00:51:14+00:00', 216013, 180),
    (92, '2019-12-01 00:51:14+00:00', 114430, 19),
    (92, '2019-12-01 00:51:14+00:00', 114433, 79),
    (92, '2019-12-01 00:51:14+00:00', 114434, 100),   
], columns=['id', 'start_time', 'sequence_no', 'value'])

# create a ranges df with groupby and agg
ranges = df.groupby(['start_time', 'id'])['sequence_no'].agg([('sequence_min', np.min), ('sequence_max', np.max)])
# map with range to create the sequence number rnage
ranges['sequence_no'] = list(map(lambda x,y: range(x,y), ranges.pop('sequence_min'), ranges.pop('sequence_max')+1))
# explode you DataFrame
new_df = ranges.explode('sequence_no')
# merge new_df and df
merge = new_df.reset_index().merge(df, on=['start_time', 'id', 'sequence_no'], how='left')
# interpolate and assign values 
merge['value'] = merge['value'].interpolate()

                   start_time  id sequence_no  value
0   2018-10-17 20:12:43+00:00  71      114428    3.0
1   2018-10-17 20:12:43+00:00  71      114429    3.0
2   2018-10-17 20:12:43+00:00  71      114430   41.0
3   2018-10-17 20:12:43+00:00  71      114431   79.0
4   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216009  100.0
5   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216010  125.0
6   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216011  150.0
7   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216012  165.0
8   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216013  180.0
9   2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114430   19.0
10  2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114431   39.0
11  2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114432   59.0
12  2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114433   79.0
13  2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114434  100.0
— Yo_Chris
source
Ce fut un cas intéressant de "un pas en avant, un pas en arrière". Vous aviez raison de dire que le mergeest beaucoup plus rapide que le reindex, mais il s'avère que le explodeest très lent sur les ensembles de données plus volumineux. Lorsque vous combinez votre fusion avec la construction d'origine de l'ensemble de données étendu, nous obtenons la mise en œuvre la plus rapide jusqu'à présent (voir la mise à jour du 9/12/2019 à la question)
— MBrizzle
1
@MBrizzle Aussi, je dois noter que l'ajout du paramètre copy=Falseà la fusion devrait accélérer un peu les choses et éviter toute copie inutile des données. merge = expanded.merge(df, on=['start_time', 'id', 'sequence_no'], how='left', copy=False)
— Yo_Chris
3

Une version plus courte de la mergesolution:

df.groupby(['start_time', 'id'])['sequence_no']\
.apply(lambda x: np.arange(x.min(), x.max() + 1))\
.explode().reset_index()\
.merge(df, on=['start_time', 'id', 'sequence_no'], how='left')\
.interpolate()

Production:

                   start_time  id sequence_no  value
0   2018-10-17 20:12:43+00:00  71      114428    3.0
1   2018-10-17 20:12:43+00:00  71      114429    3.0
2   2018-10-17 20:12:43+00:00  71      114430   41.0
3   2018-10-17 20:12:43+00:00  71      114431   79.0
4   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216009  100.0
5   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216010  125.0
6   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216011  150.0
7   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216012  165.0
8   2019-11-06 00:51:14+00:00  71      216013  180.0
9   2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114430   19.0
10  2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114431   39.0
11  2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114432   59.0
12  2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114433   79.0
13  2019-12-01 00:51:14+00:00  92      114434  100.0
— Mykola Zotko
source
1

Une autre solution avec reindexsans utiliser explode:

result = (df.groupby(["id","start_time"])
          .apply(lambda d: d.set_index("sequence_no")
          .reindex(range(min(d["sequence_no"]),max(d["sequence_no"])+1)))
          .drop(["id","start_time"],axis=1).reset_index()
          .interpolate())

print (result)

#
    id                 start_time  sequence_no  value
0   71  2018-10-17 20:12:43+00:00       114428    3.0
1   71  2018-10-17 20:12:43+00:00       114429    3.0
2   71  2018-10-17 20:12:43+00:00       114430   41.0
3   71  2018-10-17 20:12:43+00:00       114431   79.0
4   71  2019-11-06 00:51:14+00:00       216009  100.0
5   71  2019-11-06 00:51:14+00:00       216010  125.0
6   71  2019-11-06 00:51:14+00:00       216011  150.0
7   71  2019-11-06 00:51:14+00:00       216012  165.0
8   71  2019-11-06 00:51:14+00:00       216013  180.0
9   92  2019-12-01 00:51:14+00:00       114430   19.0
10  92  2019-12-01 00:51:14+00:00       114431   39.0
11  92  2019-12-01 00:51:14+00:00       114432   59.0
12  92  2019-12-01 00:51:14+00:00       114433   79.0
13  92  2019-12-01 00:51:14+00:00       114434  100.0
— Henry Yik
source
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