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以下文献解释了如何计算两个时间序列的多维动态时间扭曲:
library(dtw)
x<- cbind(1:10,1)
y<- cbind(11:15,2)
cxdist <-dist(x,y,method="euclidean")
dtw(cxdist)$distance
事实上,它首先计算交叉距离矩阵,然后将其用作 dtw 函数的输入。
我想在具有相当大图像的图像分类中使用多维动态时间扭曲。图像值存储在数据框中,如下所示:
inDf <- data.frame(matrix(rnorm(60), ncol = 6))
colnames(inDf) <- c('var1t1','var2t1','var1t2','var2t2','var1t3','var2t3')
在此示例中,有两个变量(var1 和 var2)被观察了 3 次。
问题是如何在计算强度方面尽可能高效地得到dtw距离矩阵?
这里有一些想法:- 迭代输入图像矩阵的每个值,将向量 reshape 为矩阵,以便能够计算交叉距离,然后计算 dtw 距离并将其存储在专用矩阵中。这无疑是计算最密集的解决方案
最佳答案
在处理密集计算时,考虑 Rcpp 包总是有意义的。如果你想更快地得到欧式距离的距离矩阵,可以实现相应的Rcpp
函数:
library(Rcpp)
library(inline)
# Rcpp function for euclidean distance
fastdist <- cxxfunction(signature(x="matrix", y="matrix"), plugin="Rcpp",
body='
Rcpp::NumericMatrix dx(x);
Rcpp::NumericMatrix dy(y);
const int N = dx.nrow();
const int M = dy.nrow();
Rcpp::NumericMatrix res(N, M);
for(int i=0; i<N; i++){
for(int j=0; j<M; j++){
res(i,j) = sqrt(sum((dx(i,_)-dy(j,_))*(dx(i,_)-dy(j,_))));
}
}
return res;
')
它使用Rcpp
语法sugar
以使代码更加紧凑和可读。然而,有时最好使用包装函数来检查类型、强制转换等。这不是必需的 - 您可以直接调用 fastdist
。但是,无论如何,包装器可以如下所示:
# Wrapper R function
fast.dist <- function(x, y){
stopifnot(class(x) %in% c("data.frame","matrix") &
class(y) %in% c("data.frame","matrix") &
ncol(x)==ncol(y))
fastdist(as.matrix(x), as.matrix(y))
}
现在我们可以转向文献示例。
library(dtw)
# EXAMPLE 1
x<- cbind(1:10,1)
y<- cbind(11:15,2)
# Check results
all.equal(fast.dist(x,y), dist(x,y,method="euclidean"), check.attributes=F)
# [1] "target is matrix, current is crossdist"
all.equal(fast.dist(x,y), matrix(dist(x,y,method="euclidean"), ncol=nrow(y)))
# [1] TRUE
请注意,dist
返回类crossdist
的结果。因此,为了进行比较,应将其强制转换为矩阵。
现在你的主要问题 - 我们首先生成数据:
# EXAMPLE 2
set.seed(1234)
N <- 100
inDf <- data.frame(matrix(rnorm(6*N), ncol = 6))
colnames(inDf) <- c('var1t1','var2t1','var1t2','var2t2','var1t3','var2t3')
# Extracting variables
var1 <- inDf[,c("var1t1","var1t2","var1t3")]
var2 <- inDf[,c("var2t1","var2t2","var2t3")]
我不完全确定你的数据结构,但无论如何你总是可以根据你的需要准备变量。
比较和基准测试:
library(rbenchmark)
all.equal(fast.dist(var1,var2), matrix(dist(var1,var2), ncol=N))
# [1] TRUE
benchmark(fast.dist(var1,var2), dist(var1,var2), order="relative")[,1:4]
# test replications elapsed relative
# 1 fast.dist(var1, var2) 100 0.081 1.000
# 2 dist(var1, var2) 100 0.246 3.037
在这种情况下,
fast.dist
大约比 dist
快 3 倍。然而,当 N
不断增长时,相对加速将会下降。
另请注意,正如评论中提到的,dtw
可以自行计算距离矩阵。尽管如此,预先计算距离矩阵会更有效。请参阅下面的快速测试:
cxdist <- fast.dist(var1,var2)
benchmark(dtw(cxdist)$distance, dtw(var1,var2)$distance, order="relative")[,1:4]
# test replications elapsed relative
# 1 dtw(cxdist)$distance 100 0.476 1.000
# 2 dtw(var1, var2)$distance 100 0.736 1.546
另外,如果您只对 $distance
感兴趣,您可以将 distance.only=T
传递给 dtw()
- 它给出一些加速。
关于r - 高效的多维动态时间扭曲实现,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/20107879/
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