Python結合Sprak實現計算曲線與X軸上方的面積
有n組標本(1, 2, 3, 4), 每組由m個( , , ...)元素( , )組成(m值不定), . 各組樣本的分布 曲線如下圖所示. 通過程序近似實現各曲線與oc, cd直線圍成的?積.

思路
可以將圖像分成若干個梯形,每個梯形的底邊長為(Xn+1 - Xn-1),面積為矩形的一半,其面積 = (底邊長 X 高)/2,即S = (Xn+1 - Xn-1) * (Yn+1 + Yn+2),對于整個圖形,面積為所有梯形面積之和。
[圖片]求曲線與其下方x軸的面積,本質上是一個求積分的過程。可以對所有點進行積分,可以調用np.tapz(x, y)來求
代碼
"""Calculate the area between the coordinates and the X-axis
"""
import typing
from pandas import read_parquet
def calc_area(file_name: str) -> typing.Any:
"""?積計算.
Args:
file_name: parquet?件路徑, eg: data.parquet
Returns:
計算后的結果
"""
res = []
# Load data from .parquet
initial_data = read_parquet(file_name)
# Get number of groups
group_numbers = initial_data["gid"].drop_duplicates().unique()
# Loop through the results for each group
for i in group_numbers:
data = initial_data[initial_data["gid"] == i]
data = data.reset_index(drop=True)
# Extract the list of x\y
x_coordinates = data["x"]
y_coordinates = data["y"]
# Calculate area between (x[i], y[i]) and (x[i+1], y[i+1])
rect_areas = [
(x_coordinates[i + 1] - x_coordinates[i])
* (y_coordinates[i + 1] + y_coordinates[i])
/ 2
for i in range(len(x_coordinates) - 1)
]
# Sum the total area
result = sum(rect_areas)
res.append(result)
# Also we can use np for convenience
# import numpy as np
# result_np = np.trapz(y_coordinates, x_coordinates)
return res
calc_area("./data.parquet")或者使用pyspark
"""Calculate the area between the coordinates and the X-axis
"""
import typing
from pyspark.sql import Window
from pyspark.sql.functions import lead, lit
from pyspark.sql import SparkSession
def calc_area(file_name: str) -> typing.Any:
"""?積計算.
Args:
file_name: parquet?件路徑, eg: data.parquet
Returns:
計算后的結果
"""
res = []
# Create a session with spark
spark = SparkSession.builder.appName("Area Calculation").getOrCreate()
# Load data from .parquet
initial_data = spark.read.parquet(file_name, header=True)
# Get number of groups
df_unique = initial_data.dropDuplicates(subset=["gid"]).select("gid")
group_numbers = df_unique.collect()
# Loop through the results for each group
for row in group_numbers:
# Select a set of data
data = initial_data.filter(initial_data["gid"] == row[0])
# Adds a column of delta_x to the data frame representing difference
# from the x value of an adjacent data point
window = Window.orderBy(data["x"])
data = data.withColumn("delta_x", lead("x").over(window) - data["x"])
# Calculated trapezoidal area
data = data.withColumn(
"trap",
(
data["delta_x"]
* (data["y"] + lit(0.5) * (lead("y").over(window) - data["y"]))
),
)
result = data.agg({"trap": "sum"}).collect()[0][0]
res.append(result)
return res
calc_area("./data.parquet")提高計算的效率
- 可以使用更高效的算法,如自適應辛普森方法或者其他更快的積分方法
- 可以在數據上進行并行化處理,對pd DataFrame\spark DataFrame進行分區(qū)并使用分布式計算
- 在使用spark的時候可以為window操作制定分區(qū)來提高性能
- 以下為與本例無關的籠統(tǒng)的提高效率的方法
并行計算:使用多核CPU或分布式計算系統(tǒng),將任務分解成多個子任務并行處理。
數據壓縮:壓縮大數據以減少存儲空間和帶寬,加快讀寫速度。
數據分塊:對大數據進行分塊處理,可以減小內存需求并加快處理速度。
緩存優(yōu)化:優(yōu)化緩存策略,減少磁盤訪問和讀取,提高計算效率。
算法優(yōu)化:使用高效率的算法,比如基于樹的算法和矩陣算法,可以提高計算效率。
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