Как получить наибольшую возможную последовательность столбцов с минимально возможными NA строк из огромной матрицы? - PullRequest
0 голосов
/ 04 декабря 2018

Я хочу выбрать столбцы из фрейма данных так, чтобы результирующие непрерывные последовательности столбцов были максимально длинными, а число строк с NA - как можно меньше, потому что они должны бытьвпоследствии упал.

(Причина, по которой я хочу это сделать, заключается в том, что я хочу запустить TraMineR::seqsubm(), чтобы автоматически получить матрицу затрат на переход (по вероятности перехода), а затем запустить cluster::agnes() для нее. TraMineR::seqsubm() не любит NA состояний и cluster::agnes() с NA состояниями в матрице, не обязательно имеет большой смысл.)

Для этой цели я уже написал работающую функцию , который по принципу вычисляет все возможные подмножества мощности и проверяет их на NA s.Он хорошо работает с этими игрушечными данными d, которые представляют матрицу 10x5:

> d
   id X1 X2 X3 X4 X5
1   A  1 11 21 31 41
2   B  2 12 22 32 42
3   C  3 13 23 33 NA
4   D  4 14 24 34 NA
5   E  5 15 25 NA NA
6   F  6 16 26 NA NA
7   G  7 17 NA NA NA
8   H  8 18 NA NA NA
9   I  9 NA NA NA NA
10  J 10 NA NA NA NA
11  K NA NA NA NA NA

Проблема сейчас в том, что я действительно хочу применить алгоритм к данным съемки, которые будут представлять 34235 x 17матрица!

Мой код проверен на Code Review, но все еще не может быть применен к реальным данным.

Я знаю, что при таком подходе будет огромный расчет.(Предположительно, слишком велико для не суперкомпьютеров ?!)

Кто-нибудь знает более подходящий подход?

Я покажу вам уже улучшенную функцию @ minem из Code Review:

seqRank2 <- function(d, id = "id") {
  require(matrixStats)

  # change structure, convert to matrix
  ii <- as.character(d[, id])
  dm <- d
  dm[[id]] <- NULL
  dm <- as.matrix(dm)
  rownames(dm) <- ii

  your.powerset = function(s){
    l = vector(mode = "list", length = 2^length(s))
    l[[1]] = numeric()
    counter = 1L
    for (x in 1L:length(s)) {
      for (subset in 1L:counter) {
        counter = counter + 1L
        l[[counter]] = c(l[[subset]], s[x])
      }
    }
    return(l[-1])
  }

  psr <- your.powerset(ii)
  psc <- your.powerset(colnames(dm))

  sss <- lapply(psr, function(x) {
    i <- ii %in% x
    lapply(psc, function(y) dm[i, y, drop =  F])
    })

  cn <- sapply(sss, function(x)
    lapply(x, function(y) {

      if (ncol(y) == 1) {
        if (any(is.na(y))) return(NULL)
          return(y)
        }

      isna2 <- matrixStats::colAnyNAs(y)
      if (all(isna2)) return(NULL)
      if (sum(isna2) == 0) return(NA)
      r <- y[, !isna2, drop = F]
      return(r)
      }))

  scr <- sapply(cn, nrow)
  scc <- sapply(cn, ncol)

  namesCN <- sapply(cn, function(x) paste0(colnames(x), collapse = ", "))
  names(scr) <- namesCN
  scr <- unlist(scr)

  names(scc) <- namesCN
  scc <- unlist(scc)

  m <- t(rbind(n.obs = scr, sq.len = scc))
  ag <- aggregate(m, by = list(sequence = rownames(m)), max)
  ag <- ag[order(-ag$sq.len, -ag$n.obs), ]
  rownames(ag) <- NULL
  return(ag)
}

Выход:

> seqRank2(d)
         sequence n.obs sq.len
1  X1, X2, X3, X4     4      4
2      X1, X2, X3     6      3
3      X1, X2, X4     4      3
4      X1, X3, X4     4      3
5      X2, X3, X4     4      3
6          X1, X2     8      2
7          X1, X3     6      2
8          X2, X3     6      2
9          X1, X4     4      2
10         X2, X4     4      2
11         X3, X4     4      2
12             X1    10      1
13             X2     8      1
14             X3     6      1
15             X4     4      1
16             X5     2      1

> system.time(x <- seqRank2(d))
   user  system elapsed 
   1.93    0.14    2.93 

В этом случае я бы выбрал X1, X2, X3, X4, X1, X2, X3 или X2, X3, X4, потому что они непрерывно и выдает соответствующее количество наблюдений.

Ожидаемый результат:

Так что для игрушечных данных d ожидаемый результат будет примерно таким:

> seqRank2(d)
sequence n.obs sq.len
1  X1, X2, X3, X4     4      4
2      X1, X2, X3     6      3
3      X2, X3, X4     4      3
4          X1, X2     8      2
5          X2, X3     6      2
6          X3, X4     4      2
7              X1    10      1
8              X2     8      1
9              X3     6      1
10             X4     4      1
11             X5     2      1

И в конце функция должна нормально работать на огромной матрице d.huge, что в настоящий момент приводит к ошибкам:

> seqRank2(d.huge)
Error in vector(mode = "list", length = 2^length(s)) : 
  vector size cannot be infinite

Игрушечные данные d:

d <- structure(list(id = structure(1:11, .Label = c("A", "B", "C", 
"D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K"), class = "factor"), X1 = c(1L, 
2L, 3L, 4L, 5L, 6L, 7L, 8L, 9L, 10L, NA), X2 = c(11L, 12L, 13L, 
14L, 15L, 16L, 17L, 18L, NA, NA, NA), X3 = c(21L, 22L, 23L, 24L, 
25L, 26L, NA, NA, NA, NA, NA), X4 = c(31L, 32L, 33L, 34L, NA, 
NA, NA, NA, NA, NA, NA), X5 = c(41L, 42L, NA, NA, NA, NA, NA, 
NA, NA, NA, NA)), row.names = c(NA, -11L), class = "data.frame")

Игрушечные данные d.huge:

d.huge <- setNames(data.frame(matrix(1:15.3e5, 3e4, 51)), 
                   c("id", paste0("X", 1:50)))
d.huge[, 41:51] <- lapply(d.huge[, 41:51], function(x){
  x[which(x %in% sample(x, .05*length(x)))] <- NA
  x
})

Приложение (см. Комментарии последнего ответа):

d.huge <- read.csv("d.huge.csv")
d.huge.1 <- d.huge[sample(nrow(d.huge), 3/4*nrow(d.huge)), ]
d1 <- seqRank3(d.huge.1, 1.27e-1, 1.780e1)
d2 <- d1[complete.cases(d1), ]
dim(d2)
names(d2)

Ответы [ 3 ]

0 голосов
/ 04 декабря 2018

На огромных данных это занимает менее одной секунды

l1 = combn(2:length(d), 2, function(x) d[x[1]:x[2]], simplify = FALSE)
# If you also need "combinations" of only single columns, then uncomment the next line
# l1 = c(d[-1], l1)
l2 = sapply(l1, function(x) sum(complete.cases(x)))

score = sapply(1:length(l1), function(i) NCOL(l1[[i]]) * l2[i])
best_score = which.max(score)
best = l1[[best_score]]

Неясно, как ранжировать различные комбинации.Мы можем использовать разные формулы оценки для создания различных предпочтений.Например, для взвешивания количества строк и столбцов по отдельности мы можем сделать

col_weight = 2
row_weight = 1
score = sapply(1:length(l1), function(i) col_weight*NCOL(l1[[i]]) +  row_weight * l2[i])
0 голосов
/ 08 декабря 2018

Просто для пояснения, функция seqsubm из TraMineR не имеет никаких проблем ни с NA, ни с последовательностями различной длины.Однако функция ожидает объект последовательности состояний (который будет создан с seqdef) в качестве входных данных.

Функция seqsubm предназначена для вычисления затрат замещения (т. Е. Различий) между состояниями с помощью различных методов.Вы, вероятно, ссылаетесь на метод ('TRATE'), который выводит затраты из наблюдаемых вероятностей перехода, а именно как 2- p (i | j) - p (j | i) где p (i | j) - вероятность быть в состоянии i в t , когда мы были в состоянии j in T * * -1 тысячу двадцать-один.Итак, все, что нам нужно, - это вероятности перехода, которые можно легко оценить по набору последовательностей различной длины или с пробелами внутри них.

Ниже я проиллюстрирую использование данных ex1, которые поставляются с TraMineR,(Из-за большого количества различных состояний в вашем игрушечном примере результирующая матрица затрат на замену будет слишком большой (28 x 28) для этой иллюстрации.)

library(TraMineR)
data(ex1)
sum(is.na(ex1))

# [1] 38

sq <- seqdef(ex1[1:13])
sq

#    Sequence                 
# s1 *-*-*-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A
# s2 D-D-D-B-B-B-B-B-B-B      
# s3 *-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D    
# s4 A-A-*-*-B-B-B-B-D-D      
# s5 A-*-A-A-A-A-*-A-A-A      
# s6 *-*-*-C-C-C-C-C-C-C      
# s7 *-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*

sm <- seqsubm(sq, method='TRATE')
round(sm,digits=3)

#      A-> B->   C-> D->
# A->   0 2.000   2 2.000
# B->   2 0.000   2 1.823
# C->   2 2.000   0 2.000
# D->   2 1.823   2 0.000

Теперь неясно,Мне, что вы хотите сделать с государственными различиями.Вводя их в алгоритм кластеризации, вы бы кластеризовали состояния.Если вы хотите кластеризовать последовательности, то вы должны сначала вычислить различия между последовательностями (используя seqdist и, возможно, передать матрицу затрат на замену, возвращаемую seqsubm в качестве аргумента sm), а затем ввести полученную матрицу расстояний в кластеризациюалгоритм.

0 голосов
/ 04 декабря 2018

Преобразовать в матрицу и рассчитать количество Na для каждого столбца:

dm <- is.na(d[, -1])
na_counts <- colSums(dm)
x <- data.frame(na_counts = na_counts, non_na_count = nrow(dm) - na_counts)
x <- as.matrix(x)

# create all combinations for column indexes:
nx <- 1:nrow(x)
psr <- do.call(c, lapply(seq_along(nx), combn, x = nx, simplify = FALSE))
# test if continuous:
good <- sapply(psr, function(y) !any(diff(sort.int(y)) != 1L))
psr <- psr[good == T] # remove non continuous
# for each combo count nas and non NA:
s <- sapply(psr, function(y) colSums(x[y, , drop = F]))

# put all together in table:
res <- data.frame(var_count = lengths(psr), t(s))
res$var_indexes <- sapply(psr, paste, collapse = ',')
res
#    var_count na_counts non_na_count var_indexes
# 1          1         1           10           1
# 2          1         3            8           2
# 3          1         5            6           3
# 4          1         7            4           4
# 5          1         9            2           5
# 6          2         4           18         1,2
# 7          2         8           14         2,3
# 8          2        12           10         3,4
# 9          2        16            6         4,5
# 10         3         9           24       1,2,3
# 11         3        15           18       2,3,4
# 12         3        21           12       3,4,5
# 13         4        16           28     1,2,3,4
# 14         4        24           20     2,3,4,5
# 15         5        25           30   1,2,3,4,5

# choose

Поскольку индексы var отсортированы, для скорости мы можем использовать просто:

good <- sapply(psr, function(y) !any(diff(y) != 1L))
...