在R中快速(呃)索引矩阵的方法

时间:2013-12-08 18:26:26

标签: r simulation matrix-indexing statistics-bootstrap

最重要的是,我正在寻找一种快速(呃)方法对矩阵进行多次子集化/索引:

for (i in 1:99000) {
  subset.data <- data[index[, i], ]
}

背景:
我正在实现一个涉及R中引导程序的顺序测试程序。想要复制一些模拟结果,我发现了 这个瓶颈需要进行大量的索引。为了实现block-bootstrap,我创建了一个索引矩阵,我用它来子集 原始数据矩阵用于绘制数据的重采样。

# The basic setup

B <- 1000 # no. of bootstrap replications
n <- 250  # no. of observations
m <- 100  # no. of models/data series

# Create index matrix with B columns and n rows.
# Each column represents a resampling of the data.
# (actually block resamples, but doesn't matter here).

boot.index <- matrix(sample(1:n, n * B, replace=T), nrow=n, ncol=B)

# Make matrix with m data series of length n.

sample.data <- matrix(rnorm(n * m), nrow=n, ncol=m)

subsetMatrix <- function(data, index) { # fn definition for timing
  subset.data <- data[index, ]
  return(subset.data)
}

# check how long it takes.

Rprof("subsetMatrix.out")
for (i in 1:(m - 1)) { 
  for (b in 1:B) {  # B * (m - 1) = 1000 * 99 = 99000
    boot.data <- subsetMatrix(sample.data, boot.index[, b])
    # do some other stuff
  }
  # do some more stuff
}
Rprof()
summaryRprof("subsetMatrix.out")

# > summaryRprof("subsetMatrix.out")
# $by.self
#              self.time self.pct total.time total.pct
# subsetMatrix      9.96      100       9.96       100

# In the actual application:
#########
# > summaryRprof("seq_testing.out")
# $by.self
#              self.time self.pct total.time total.pct
# subsetMatrix       6.78    53.98       6.78     53.98
# colMeans           1.98    15.76       2.20     17.52
# makeIndex          1.08     8.60       2.12     16.88
# makeStats          0.66     5.25       9.66     76.91
# runif              0.60     4.78       0.72      5.73
# apply              0.30     2.39       0.42      3.34
# is.data.frame      0.22     1.75       0.22      1.75
# ceiling            0.18     1.43       0.18      1.43
# aperm.default      0.14     1.11       0.14      1.11
# array              0.12     0.96       0.12      0.96
# estimateMCS        0.10     0.80      12.56    100.00
# as.vector          0.10     0.80       0.10      0.80
# matrix             0.08     0.64       0.08      0.64
# lapply             0.06     0.48       0.06      0.48
# /                  0.04     0.32       0.04      0.32
# :                  0.04     0.32       0.04      0.32
# rowSums            0.04     0.32       0.04      0.32
# -                  0.02     0.16       0.02      0.16
# >                  0.02     0.16       0.02      0.16
#
# $by.total
#              total.time total.pct self.time self.pct
# estimateMCS        12.56    100.00      0.10     0.80
# makeStats           9.66     76.91      0.66     5.25
# subsetMatrix        6.78     53.98      6.78    53.98
# colMeans            2.20     17.52      1.98    15.76
# makeIndex           2.12     16.88      1.08     8.60
# runif               0.72      5.73      0.60     4.78
# doTest              0.68      5.41      0.00     0.00
# apply               0.42      3.34      0.30     2.39
# aperm               0.26      2.07      0.00     0.00
# is.data.frame       0.22      1.75      0.22     1.75
# sweep               0.20      1.59      0.00     0.00
# ceiling             0.18      1.43      0.18     1.43
# aperm.default       0.14      1.11      0.14     1.11
# array               0.12      0.96      0.12     0.96
# as.vector           0.10      0.80      0.10     0.80
# matrix              0.08      0.64      0.08     0.64
# lapply              0.06      0.48      0.06     0.48
# unlist              0.06      0.48      0.00     0.00
# /                   0.04      0.32      0.04     0.32
# :                   0.04      0.32      0.04     0.32
# rowSums             0.04      0.32      0.04     0.32
# -                   0.02      0.16      0.02     0.16
# >                   0.02      0.16      0.02     0.16
# mean                0.02      0.16      0.00     0.00
#
# $sample.interval
# [1] 0.02
#
# $sampling.time
# [1] 12.56'

执行顺序测试程序大约需要10秒钟。在2500次重复和几次重复的模拟中使用它 参数星座,需要40天的时间。使用并行处理和更好的CPU功率可以更快地完成,但是 还是不太讨人喜欢:/

  • 有没有更好的方法来重新采样数据/摆脱循环?
  • 可以在任何地方申请,矢量化,复制等吗?
  • 在C中实现子集化是否有意义(例如,操纵一些指针)?

即使R已经完成了每一步都非常快,但它还不够快 我确实很高兴能得到任何回应/帮助/建议!

相关问题:
- Fast matrix subsetting via '[': by rows, by columns or doesn't matter?
- fast function for generating bootstrap samples in matrix forms in R
- random sampling - matrix

从那里

mapply(function(row) return(sample.data[row,]), row = boot.index)
replicate(B, apply(sample.data, 2, sample, replace = TRUE))

并没有真正为我做这件事。

1 个答案:

答案 0 :(得分:3)

我重写了makeStatsmakeIndex,因为它们是两个最大的瓶颈:

makeStats <- function(data, index) {

  data.mean <- colMeans(data)
  m <- nrow(data)
  n <- ncol(index)
  tabs <- lapply(1L:n, function(j)tabulate(index[, j], nbins = m))
  weights <- matrix(unlist(tabs), m, n) * (1 / nrow(index))
  boot.data.mean <- t(data) %*% weights - data.mean

  return(list(data.mean = data.mean,
              boot.data.mean = boot.data.mean))
}

makeIndex <- function(B, blocks){

  n <- ncol(blocks)
  l <- nrow(blocks)
  z <- ceiling(n/l)
  start.points <- sample.int(n, z * B, replace = TRUE)
  index <- blocks[, start.points]
  keep <- c(rep(TRUE, n), rep(FALSE, z*l - n))
  boot.index <- matrix(as.vector(index)[keep],
                       nrow = n, ncol = B)

  return(boot.index)
}

这使我的机器上的计算时间从28秒减少到6秒。我打赌代码的其他部分可以改进(包括我在上面使用lapply / tabulate。)