- html - 出于某种原因,IE8 对我的 Sass 文件中继承的 html5 CSS 不友好?
- JMeter 在响应断言中使用 span 标签的问题
- html - 在 :hover and :active? 上具有不同效果的 CSS 动画
- html - 相对于居中的 html 内容固定的 CSS 重复背景?
我使用地形数据。对于一个特定问题,我用 Python 编写了一个函数,它使用特定大小的移动窗口来压缩矩阵(高程网格)。然后我必须在这个窗口上执行分析并将窗口中心的单元格设置为结果值。
我的最终输出是一个与我的原始矩阵大小相同的矩阵,该矩阵已根据我的分析进行了更改。这个问题在一个小区域上运行需要 11 个小时,所以我认为并行化内部循环会加速事情。或者,也可能有一个聪明的矢量化解决方案......
看我下面的函数,DEM
是一个二维 numpy 数组,w
是窗口的大小。
def RMSH_det(DEM, w):
import numpy as np
from scipy import signal
[nrows, ncols] = np.shape(DEM)
#create an empty array to store result
rms = DEM*np.nan
# nw=(w*2)**2
# x = np.arange(0,nw)
for i in np.arange(w+1,nrows-w):
for j in np.arange(w+1,ncols-w):
d1 = np.int64(np.arange(i-w,i+w))
d2 = np.int64(np.arange(j-w,j+w))
win = DEM[d1[0]:d1[-1],d2[0]:d2[-1]]
if np.max(np.isnan(win)) == 1:
rms[i,j] = np.nan
else:
win = signal.detrend(win, type = 'linear')
z = np.reshape(win,-1)
nz = np.size(z)
rootms = np.sqrt(1 / (nz - 1) * np.sum((z-np.mean(z))**2))
rms[i,j] = rootms
return(rms)
def inLoop(i, w, DEM,rms,ncols):
for j in np.arange(w+1,ncols-w):
d1 = np.int64(np.arange(i-w,i+w))
d2 = np.int64(np.arange(j-w,j+w))
win = DEM[d1[0]:d1[-1],d2[0]:d2[-1]]
if np.max(np.isnan(win)) == 1:
rms[i,j] = np.nan
else:
win = signal.detrend(win, type = 'linear')
z = np.reshape(win,-1)
nz = np.size(z)
rootms = np.sqrt(1 / (nz - 1) * np.sum((z-np.mean(z))**2))
rms[i,j] = rootms
return(rms)
for i in np.arange(w+1,nrows-w):
number_of_workers = 8
with Pool(number_of_workers) as p:
#call the pool
p.starmap(inLoop, [i, w, DEM, rms, ncols])
最佳答案
使用 Numba 的解决方案
在某些情况下,如果您使用的所有功能都受支持,这很容易做到。在您的代码中 win = signal.detrend(win, type = 'linear')
是您必须在 Numba 中实现的部分,因为不支持此功能。
在 Numba 中实现去趋势
如果你看 source-code去趋势,并为您的问题提取相关部分,它可能如下所示:
@nb.njit()
def detrend(w):
Npts=w.shape[0]
A=np.empty((Npts,2),dtype=w.dtype)
for i in range(Npts):
A[i,0]=1.*(i+1) / Npts
A[i,1]=1.
coef, resids, rank, s = np.linalg.lstsq(A, w.T)
out=w.T- np.dot(A, coef)
return out.T
np.max(np.isnan(win)) == 1
实现了一个更快的解决方案
@nb.njit()
def isnan(win):
for i in range(win.shape[0]):
for j in range(win.shape[1]):
if np.isnan(win[i,j]):
return True
return False
import numpy as np
import numba as nb
@nb.njit(parallel=True)
def RMSH_det_nb(DEM, w):
[nrows, ncols] = np.shape(DEM)
#create an empty array to store result
rms = DEM*np.nan
for i in nb.prange(w+1,nrows-w):
for j in range(w+1,ncols-w):
win = DEM[i-w:i+w-1,j-w:j+w-1]
if isnan(win):
rms[i,j] = np.nan
else:
win = detrend(win)
z = win.flatten()
nz = z.size
rootms = np.sqrt(1 / (nz - 1) * np.sum((z-np.mean(z))**2))
rms[i,j] = rootms
return rms
w = 10
DEM=np.random.rand(100, 100).astype(np.float32)
res1=RMSH_det(DEM, w)
res2=RMSH_det_nb(DEM, w)
print(np.allclose(res1,res2,equal_nan=True))
#True
%timeit res1=RMSH_det(DEM, w)
#1.59 s ± 72 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
%timeit res2=RMSH_det_nb(DEM, w) #approx. 55 times faster
#29 ms ± 1.85 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)
w = 10
DEM=np.random.rand(1355, 1165).astype(np.float32)
%timeit res2=RMSH_det_nb(DEM, w)
#6.63 s ± 21.1 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
@nb.njit()
def isnan(win):
for i in range(win.shape[0]):
for j in range(win.shape[1]):
if win[i,j]==np.nan:
return True
return False
@nb.njit()
def detrend(w):
Npts=w.shape[0]
A=np.empty((Npts,2),dtype=w.dtype)
for i in range(Npts):
A[i,0]=1.*(i+1) / Npts
A[i,1]=1.
coef, resids, rank, s = np.linalg.lstsq(A, w.T)
out=w.T- np.dot(A, coef)
return out.T
@nb.njit()
def detrend_2(w,T1,A):
T2=np.dot(A.T,w.T)
coef=np.linalg.solve(T1,T2)
out=w.T- np.dot(A, coef)
return out.T
@nb.njit(parallel=True)
def RMSH_det_nb_normal_eq(DEM,w):
[nrows, ncols] = np.shape(DEM)
#create an empty array to store result
rms = DEM*np.nan
Npts=w*2-1
A=np.empty((Npts,2),dtype=DEM.dtype)
for i in range(Npts):
A[i,0]=1.*(i+1) / Npts
A[i,1]=1.
T1=np.dot(A.T,A)
nz = Npts**2
for i in nb.prange(w+1,nrows-w):
for j in range(w+1,ncols-w):
win = DEM[i-w:i+w-1,j-w:j+w-1]
if isnan(win):
rms[i,j] = np.nan
else:
win = detrend_2(win,T1,A)
rootms = np.sqrt(1 / (nz - 1) * np.sum((win-np.mean(win))**2))
rms[i,j] = rootms
return rms
w = 10
DEM=np.random.rand(100, 100).astype(np.float32)
res1=RMSH_det(DEM, w)
res2=RMSH_det_nb(DEM, w)
print(np.allclose(res1,res2,equal_nan=True))
#True
%timeit res1=RMSH_det(DEM, w)
#1.59 s ± 72 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
%timeit res2=RMSH_det_nb_normal_eq(DEM,w)
#7.97 ms ± 89.4 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
@nb.njit()
def matmult_2(A,B,out):
for j in range(B.shape[1]):
acc1=nb.float32(0)
acc2=nb.float32(0)
for k in range(B.shape[0]):
acc1+=A[0,k]*B[k,j]
acc2+=A[1,k]*B[k,j]
out[0,j]=acc1
out[1,j]=acc2
return out
@nb.njit(fastmath=True)
def matmult_mod(A,B,w,out):
for j in range(B.shape[1]):
for i in range(A.shape[0]):
acc=nb.float32(0)
acc+=A[i,0]*B[0,j]+A[i,1]*B[1,j]
out[j,i]=acc-w[j,i]
return out
@nb.njit()
def detrend_2_opt(w,T1,A,Tempvar_1,Tempvar_2):
T2=matmult_2(A.T,w.T,Tempvar_1)
coef=np.linalg.solve(T1,T2)
return matmult_mod(A, coef,w,Tempvar_2)
@nb.njit(parallel=True)
def RMSH_det_nb_normal_eq_opt(DEM,w):
[nrows, ncols] = np.shape(DEM)
#create an empty array to store result
rms = DEM*np.nan
Npts=w*2-1
A=np.empty((Npts,2),dtype=DEM.dtype)
for i in range(Npts):
A[i,0]=1.*(i+1) / Npts
A[i,1]=1.
T1=np.dot(A.T,A)
nz = Npts**2
for i in nb.prange(w+1,nrows-w):
Tempvar_1=np.empty((2,Npts),dtype=DEM.dtype)
Tempvar_2=np.empty((Npts,Npts),dtype=DEM.dtype)
for j in range(w+1,ncols-w):
win = DEM[i-w:i+w-1,j-w:j+w-1]
if isnan(win):
rms[i,j] = np.nan
else:
win = detrend_2_opt(win,T1,A,Tempvar_1,Tempvar_2)
rootms = np.sqrt(1 / (nz - 1) * np.sum((win-np.mean(win))**2))
rms[i,j] = rootms
return rms
w = 10
DEM=np.random.rand(100, 100).astype(np.float32)
res1=RMSH_det(DEM, w)
res2=RMSH_det_nb_normal_eq_opt(DEM, w)
print(np.allclose(res1,res2,equal_nan=True))
#True
%timeit res1=RMSH_det(DEM, w)
#1.59 s ± 72 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
%timeit res2=RMSH_det_nb_normal_eq_opt(DEM,w)
#4.66 ms ± 87.2 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
case_1=np.full((20,20),np.nan)
case_2=np.full((20,20),0.)
case_2[10,10]=np.nan
case_3=np.full((20,20),0.)
case_4 = np.full( ( int( 1E4 ), int( 1E4 ) ),np.nan)
case_5 = np.ones( ( int( 1E4 ), int( 1E4 ) ) )
%timeit np.any(np.isnan(case_1))
%timeit np.any(np.isnan(case_2))
%timeit np.any(np.isnan(case_3))
%timeit np.any(np.isnan(case_4))
%timeit np.any(np.isnan(case_5))
#2.75 µs ± 73.1 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)
#2.75 µs ± 46.5 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)
#2.76 µs ± 32.9 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)
#81.3 ms ± 2.97 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)
#86.7 ms ± 2.26 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)
%timeit isnan(case_1)
%timeit isnan(case_2)
%timeit isnan(case_3)
%timeit isnan(case_4)
%timeit isnan(case_5)
#244 ns ± 5.02 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)
#357 ns ± 1.07 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)
#475 ns ± 9.28 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)
#235 ns ± 0.933 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)
#58.8 ms ± 2.08 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)
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