R: ускорение «групповых» операций

Question

У меня есть симуляция, которая имеет огромный агрегат и объединяет шаг прямо посередине.Я прототипировал этот процесс с помощью функции plyr ddply (), которая отлично работает для огромного процента моих потребностей.Но мне нужно, чтобы этот шаг агрегации был быстрее, так как я должен запустить симуляции 10K.Я уже масштабирую симуляции параллельно, но если бы этот шаг был быстрее, я мог бы значительно уменьшить количество нужных мне узлов.

Вот разумное упрощение того, что я пытаюсь сделать:

library(Hmisc)

# Set up some example data
year <-    sample(1970:2008, 1e6, rep=T)
state <-   sample(1:50, 1e6, rep=T)
group1 <-  sample(1:6, 1e6, rep=T)
group2 <-  sample(1:3, 1e6, rep=T)
myFact <-  rnorm(100, 15, 1e6)
weights <- rnorm(1e6)
myDF <- data.frame(year, state, group1, group2, myFact, weights)

# this is the step I want to make faster
system.time(aggregateDF <- ddply(myDF, c("year", "state", "group1", "group2"),
                     function(df) wtd.mean(df$myFact, weights=df$weights)
                                 )
           )

Все советы и предложения приветствуются!

Answer 1

Вместо обычного фрейма данных R вы можете использовать неизменяемый фрейм данных, который возвращает указатели на оригинал, когда вы вводите подмножество, и может быть намного быстрее:

idf <- idata.frame(myDF)
system.time(aggregateDF <- ddply(idf, c("year", "state", "group1", "group2"),
   function(df) wtd.mean(df$myFact, weights=df$weights)))

#    user  system elapsed 
# 18.032   0.416  19.250 

Если бы я писал функцию plyrНастроенный именно для этой ситуации, я бы сделал что-то вроде этого:

system.time({
  ids <- id(myDF[c("year", "state", "group1", "group2")], drop = TRUE)
  data <- as.matrix(myDF[c("myFact", "weights")])
  indices <- plyr:::split_indices(seq_len(nrow(data)), ids, n = attr(ids, "n"))

  fun <- function(rows) {
    weighted.mean(data[rows, 1], data[rows, 2])
  }
  values <- vapply(indices, fun, numeric(1))

  labels <- myDF[match(seq_len(attr(ids, "n")), ids), 
    c("year", "state", "group1", "group2")]
  aggregateDF <- cbind(labels, values)
})

# user  system elapsed 
# 2.04    0.29    2.33 

Это намного быстрее, потому что он избегает копирования данных, извлекая только подмножество, необходимое для каждого вычисления, когда оно вычисляется.Переключение данных в матричную форму дает еще один прирост скорости, поскольку поднабор матрицы выполняется намного быстрее, чем поднабор кадров данных.

Answer 2

Дальнейшее ускорение в 2 раза и более краткий код:

library(data.table)
dtb <- data.table(myDF, key="year,state,group1,group2")
system.time( 
  res <- dtb[, weighted.mean(myFact, weights), by=list(year, state, group1, group2)] 
)
#   user  system elapsed 
#  0.950   0.050   1.007 

Мой первый пост, поэтому, пожалуйста, будьте милы;)

---

Из data.table v1.9.2 экспортируется функция setDT, которая преобразует data.frame в data.table по ссылке (в соответствии с data.table языком - все функции set* изменить объект по ссылке). Это означает, что нет ненужного копирования и, следовательно, быстро. Вы можете рассчитать время, но это будет небрежно.

require(data.table)
system.time({
  setDT(myDF)
  res <- myDF[, weighted.mean(myFact, weights), 
             by=list(year, state, group1, group2)] 
})
#   user  system elapsed 
#  0.970   0.024   1.015 

Это в отличие от 1,264 секунд с описанным выше решением OP, где data.table(.) используется для создания dtb.

Answer 3

Я бы профиль с базой R

g <- with(myDF, paste(year, state, group1, group2))
x <- with(myDF, c(tapply(weights * myFact, g, sum) / tapply(weights, g, sum)))
aggregateDF <- myDF[match(names(x), g), c("year", "state", "group1", "group2")]
aggregateDF$V1 <- x

На моей машине это занимает 5 секунд по сравнению с 67 секундами с исходным кодом.

EDIT Просто нашел еще одну скорость с функцией rowsum:

g <- with(myDF, paste(year, state, group1, group2))
X <- with(myDF, rowsum(data.frame(a=weights*myFact, b=weights), g))
x <- X$a/X$b
aggregateDF2 <- myDF[match(rownames(X), g), c("year", "state", "group1", "group2")]
aggregateDF2$V1 <- x

Это займет 3 секунды!

Answer 4

Используете ли вы последнюю версию plyr (обратите внимание: это еще не сделано для всех зеркал CRAN)?Если это так, вы можете просто запустить это параллельно.

Вот пример llply, но то же самое должно применяться к ddply:

  x <- seq_len(20)
  wait <- function(i) Sys.sleep(0.1)
  system.time(llply(x, wait))
  #  user  system elapsed 
  # 0.007   0.005   2.005 

  library(doMC)
  registerDoMC(2) 
  system.time(llply(x, wait, .parallel = TRUE))
  #  user  system elapsed 
  # 0.020   0.011   1.038 

Edit:

Ну, другие циклические подходы хуже,так что это, вероятно, требует либо (a) кода C / C ++, либо (b) более фундаментального переосмысления того, как вы это делаете.Я даже не пытался использовать by(), потому что это очень медленно в моем опыте.

groups <- unique(myDF[,c("year", "state", "group1", "group2")])
system.time(
aggregateDF <- do.call("rbind", lapply(1:nrow(groups), function(i) {
   df.tmp <- myDF[myDF$year==groups[i,"year"] & myDF$state==groups[i,"state"] & myDF$group1==groups[i,"group1"] & myDF$group2==groups[i,"group2"],]
   cbind(groups[i,], wtd.mean(df.tmp$myFact, weights=df.tmp$weights))
}))
)

aggregateDF <- data.frame()
system.time(
for(i in 1:nrow(groups)) {
   df.tmp <- myDF[myDF$year==groups[i,"year"] & myDF$state==groups[i,"state"] & myDF$group1==groups[i,"group1"] & myDF$group2==groups[i,"group2"],]
   aggregateDF <- rbind(aggregateDF, data.frame(cbind(groups[i,], wtd.mean(df.tmp$myFact, weights=df.tmp$weights))))
}
)

Answer 5

Обычно я использую индексный вектор с tapply, когда применяемая функция имеет несколько векторных аргументов:

system.time(tapply(1:nrow(myDF), myDF[c('year', 'state', 'group1', 'group2')], function(s) weighted.mean(myDF$myFact[s], myDF$weights[s])))
# user  system elapsed 
# 1.36    0.08    1.44 

Я использую простую оболочку, которая эквивалентна, но скрывает беспорядок:

tmapply(list(myDF$myFact, myDF$weights), myDF[c('year', 'state', 'group1', 'group2')], weighted.mean)

---

Отредактировано, чтобы включить tmapply для комментария ниже:

tmapply = function(XS, INDEX, FUN, ..., simplify=T) {
  FUN = match.fun(FUN)
  if (!is.list(XS))
    XS = list(XS)
  tapply(1:length(XS[[1L]]), INDEX, function(s, ...)
    do.call(FUN, c(lapply(XS, `[`, s), list(...))), ..., simplify=simplify)
}