使用 Python Polars 执行基于整数的滚动窗口 groupy

问题描述 投票：0回答：2

我有一个基于外/内循环的函数，我正在尝试使用 Python Polars DataFrames 进行矢量化。该函数是移动平均线的一种，将用于过滤时间序列金融数据。这是函数：

def ma_j(df_src: pl.DataFrame, depth: float):

    jrc04 = 0.0
    jrc05 = 0.0
    jrc06 = 0.0
    jrc08 = 0.0

    series = df_src['close']

    for x in range(0, len(series)):
        if x >= x - depth*2:
            for k in np.arange(start=math.ceil(depth), stop=0, step=-1):
                jrc04 = jrc04 + abs(series[x-k] - series[x-(k+1)])
                jrc05 = jrc05 + (depth + k) * abs(series[x-k] - series[x-(k+1)])
                jrc06 = jrc06 + series[x-(k+1)]
        else:
            jrc03 = abs(series - (series[1]))
            jrc13 = abs(series[x-depth] - series[x - (depth+1)])
            jrc04 = jrc04 - jrc13 + jrc03
            jrc05 = jrc05 - jrc04 + jrc03 * depth
            jrc06 = jrc06 - series[x - (depth+1)] + series[x-1]
        jrc08 = abs(depth * series[x] - jrc06)

    if jrc05 == 0.0:
        ma = 0.0
    else:
        ma = jrc08/jrc05

    return ma

对我来说棘手的一点是多重内循环回顾（对于 k in...）。我查看了多个在 

groupby_dynamic
数据上使用 
timeseries
的示例。例如，这里。我还看到了 
groupby_rolling
的示例，但这似乎仍然使用句点。

但是，我想去掉 

timeseries
并只使用源 
Series
。这是否意味着我需要在整数范围内分组？

使用此数据示例：

import polars as pl
import numpy as np

i, t, v = np.arange(0, 50, 1), np.arange(0, 100, 2), np.random.randint(1,101,50)
df = pl.DataFrame({"i": i, "t": t, "rand": v})
df = df.with_column((pl.datetime(2022,10,30) + pl.duration(seconds=df["t"])).alias("datetime")).drop("t")
cols = ["i", "datetime", "rand"]
df = df.select(cols)

数据框看起来像这样：

shape: (50, 3)
┌─────┬─────────────────────┬──────┐
│ i   ┆ datetime            ┆ rand │
│ --- ┆ ---                 ┆ ---  │
│ i32 ┆ datetime[μs]        ┆ i32  │
╞═════╪═════════════════════╪══════╡
│ 0   ┆ 2022-10-30 00:00:00 ┆ 27   │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┤
│ 1   ┆ 2022-10-30 00:00:02 ┆ 82   │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┤
│ 2   ┆ 2022-10-30 00:00:04 ┆ 22   │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┤
│ 3   ┆ 2022-10-30 00:00:06 ┆ 58   │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┤
│ ... ┆ ...                 ┆ ...  │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┤
│ 46  ┆ 2022-10-30 00:01:32 ┆ 39   │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┤
│ 47  ┆ 2022-10-30 00:01:34 ┆ 48   │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┤
│ 48  ┆ 2022-10-30 00:01:36 ┆ 26   │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┤
│ 49  ┆ 2022-10-30 00:01:38 ┆ 53   │
└─────┴─────────────────────┴──────┘

...我可以像这样按日期时间进行分组”：

df.groupby_dynamic("datetime", every="10s").agg([
    pl.col("v0").mean().alias('rolling mean')
])

这给出了： enter image description here

但这有3个问题：

  • 我不想对日期时间进行分组...我想对 [x] 大小的容器中的每一行（也许
    i
    ？）进行分组。
  • 我需要每一行的值
  • 我想根据上面函数中的各种情况定义聚合函数

关于如何使用 Polars 来解决这个问题，有什么建议吗？谢谢。

----------编辑1

遵循@ritchie46的很棒的建议（谢谢伙计！），这是groupby：

result_grp = (
    df
    .groupby_rolling(index_column="i", period="10i")
    .agg(
        [
            pl.count().alias("rolling_slots"),
            pl.col("rand").mean().alias("roll_mean")
        ]
    )
)

df2 = df.select(
    [
        pl.all(),
        result_grp.get_column("rolling_slots"),
        result_grp.get_column("roll_mean"),
    ]
)

现在给出：

shape: (50, 5)
┌─────┬─────────────────────┬──────┬───────────────┬───────────┐
│ i   ┆ datetime            ┆ rand ┆ rolling_slots ┆ roll_mean │
│ --- ┆ ---                 ┆ ---  ┆ ---           ┆ ---       │
│ i32 ┆ datetime[μs]        ┆ i32  ┆ u32           ┆ f64       │
╞═════╪═════════════════════╪══════╪═══════════════╪═══════════╡
│ 0   ┆ 2022-10-30 00:00:00 ┆ 55   ┆ 1             ┆ 55.0      │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 1   ┆ 2022-10-30 00:00:02 ┆ 52   ┆ 2             ┆ 53.5      │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 2   ┆ 2022-10-30 00:00:04 ┆ 30   ┆ 3             ┆ 45.666667 │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 3   ┆ 2022-10-30 00:00:06 ┆ 63   ┆ 4             ┆ 50.0      │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ ... ┆ ...                 ┆ ...  ┆ ...           ┆ ...       │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 46  ┆ 2022-10-30 00:01:32 ┆ 51   ┆ 10            ┆ 68.3      │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 47  ┆ 2022-10-30 00:01:34 ┆ 94   ┆ 10            ┆ 69.6      │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 48  ┆ 2022-10-30 00:01:36 ┆ 26   ┆ 10            ┆ 68.6      │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 49  ┆ 2022-10-30 00:01:38 ┆ 56   ┆ 10            ┆ 64.8      │
└─────┴─────────────────────┴──────┴───────────────┴───────────┘

这太棒了；现在，我如何在分组值上应用自定义函数而不是mean()，例如：

f_jparams(depth_array, jrc04, jrc05, jrc06, jrc08):
    
    _depth = len(depth_array)
    
    if len(depth_array) > 3:
        for x in np.arange(start=1, stop=len(depth_array), step=1):
            jrc04 = jrc04 + abs(depth_array[x] - depth_array[x-1])
            jrc05 = jrc05 + (_depth+x) * abs(depth_array[x] - depth_array[x-1])
            jrc06 = jrc06 + depth_array[x-1]
    else:
        jrc03 = abs(depth_array[_depth-1] - depth_array[_depth-2])
        jrc13 = abs(depth_array[0] - depth_array[1])
        jrc04 = jrc04 - jrc13 + jrc03
        jrc05 = jrc05 - jrc04 + jrc03*_depth
        jrc06 = jrc06 - depth_array[1] + depth_array[_depth-2]
        
    jrc08 = abs(_depth * depth_array[0] - jrc06)
    
    if jrc05 == 0.0:
        ma = 0.0
    else:
        ma = jrc08/jrc05
        
    return ma, jrc04, jrc05, jrc06, jrc08

谢谢！

----编辑2：

多亏了这篇post，我可以将

rand
滚动组中的项目收集到每行的列表中：

depth = 10

result_grp = (
    df
    .groupby_rolling(
        index_column="i", 
        period=str(depth) + "i",
        # offset="0i",
        # closed="left"
    )
    .agg(
        [
            pl.count().alias("rolling_slots"),
            pl.col("rand").mean().alias("roll_mean"),
            pl.col("rand").suffix('_val_list'),
        ]
    )
)

df2 = df.select(
    [
        pl.all(),
        result_grp.get_column("rolling_slots"),
        result_grp.get_column("roll_mean"),
        result_grp.get_column("rand_val_list"),
    ]
)

同样从这篇文章中，我看到了一种使滚动窗口

period
成为变量的方法；不错！

有没有办法同时使用 

get_columns
和 
exclude
这样我就不必列出我想要的每一个列？

数据框现在看起来像：

shape: (50, 6)
┌─────┬─────────────────────┬──────┬───────────────┬───────────┬──────────────────┐
│ i   ┆ datetime            ┆ rand ┆ rolling_slots ┆ roll_mean ┆ rand_val_list    │
│ --- ┆ ---                 ┆ ---  ┆ ---           ┆ ---       ┆ ---              │
│ i32 ┆ datetime[μs]        ┆ i32  ┆ u32           ┆ f64       ┆ list[i32]        │
╞═════╪═════════════════════╪══════╪═══════════════╪═══════════╪══════════════════╡
│ 0   ┆ 2022-10-30 00:00:00 ┆ 64   ┆ 1             ┆ 64.0      ┆ [64]             │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 1   ┆ 2022-10-30 00:00:02 ┆ 80   ┆ 2             ┆ 72.0      ┆ [64, 80]         │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 2   ┆ 2022-10-30 00:00:04 ┆ 23   ┆ 3             ┆ 55.666667 ┆ [64, 80, 23]     │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 3   ┆ 2022-10-30 00:00:06 ┆ 30   ┆ 4             ┆ 49.25     ┆ [64, 80, ... 30] │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ ... ┆ ...                 ┆ ...  ┆ ...           ┆ ...       ┆ ...              │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 46  ┆ 2022-10-30 00:01:32 ┆ 25   ┆ 8             ┆ 22.625    ┆ [38, 32, ... 25] │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 47  ┆ 2022-10-30 00:01:34 ┆ 69   ┆ 8             ┆ 26.5      ┆ [32, 12, ... 69] │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 48  ┆ 2022-10-30 00:01:36 ┆ 72   ┆ 8             ┆ 31.5      ┆ [12, 3, ... 72]  │
├╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┼╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌╌┤
│ 49  ┆ 2022-10-30 00:01:38 ┆ 100  ┆ 8             ┆ 42.5      ┆ [3, 26, ... 100] │
└─────┴─────────────────────┴──────┴───────────────┴───────────┴──────────────────┘

我现在是否应该重新循环遍历 

rand_val_list
列并将每个分组值列表发送到我的函数？或者有更好的
polars
方法吗？

再次感谢！

python dataframe python-polars
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您在寻找

periods="10i"
吗？

Polars 

rolling
接受具有以下查询语言的 
period
参数：

        - 1ns   (1 nanosecond)
        - 1us   (1 microsecond)
        - 1ms   (1 millisecond)
        - 1s    (1 second)
        - 1m    (1 minute)
        - 1h    (1 hour)
        - 1d    (1 day)
        - 1w    (1 week)
        - 1mo   (1 calendar month)
        - 1y    (1 calendar year)
        - 1i    (1 index count)

其中 

i
只是索引/行数。

因此，在您的数据上，我们计算槽数的滚动 group_by 将给出：

(df.rolling(index_column="i", period="10i")
   .agg(
       pl.len().alias("rolling_slots")
   )
)

shape: (50, 2)
┌─────┬───────────────┐
│ i   ┆ rolling_slots │
│ --- ┆ ---           │
│ i64 ┆ u32           │
╞═════╪═══════════════╡
│ 0   ┆ 1             │
│ 1   ┆ 2             │
│ 2   ┆ 3             │
│ 3   ┆ 4             │
│ 4   ┆ 5             │
│ …   ┆ …             │
│ 45  ┆ 10            │
│ 46  ┆ 10            │
│ 47  ┆ 10            │
│ 48  ┆ 10            │
│ 49  ┆ 10            │
└─────┴───────────────┘
0
投票
def ma_j(df_src: pl.DataFrame, depth: float):
    jrc04 = 0.0
    jrc05 = 0.0
    jrc06 = 0.0
    jrc08 = 0.0

    series = df_src['close']

    for x in range(0, len(series)):
        if x >= x - depth*2:
            for k in np.arange(start=math.ceil(depth), stop=0, step=-1):
                jrc04 = jrc04 + abs(series[x-k] - series[x-(k+1)])
                jrc05 = jrc05 + (depth + k) * abs(series[x-k] - series[x-(k+1)])
                jrc06 = jrc06 + series[x-(k+1)]
        else:
            jrc03 = abs(series - (series[1]))
            jrc13 = abs(series[x-depth] - series[x - (depth+1)])
            jrc04 = jrc04 - jrc13 + jrc03
            jrc05 = jrc05 - jrc04 + jrc03 * depth
            jrc06 = jrc06 - series[x - (depth+1)] + series[x-1]
        jrc08 = abs(depth * series[x] - jrc06)

    if jrc05 == 0.0:
        ma = 0.0
    else:
        ma = jrc08/jrc05

    return ma
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