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社区首页 >问答首页 >R data.table的远程/滤波交叉连接

R data.table的远程/滤波交叉连接
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Stack Overflow用户
提问于 2014-02-25 21:31:08
回答 2查看 722关注 0票数 6

我想交叉连接两个数据表,而不评估完全交叉连接,在过程中使用一个测距标准。本质上,我希望CJ具有过滤/测距表达式。

有人能建议一种高性能的方法来避免完全交叉连接吗?

参见下面的测试示例,使用邪恶的完全交叉连接完成工作。

代码语言:javascript
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library(data.table)

# Test data.
dt1 <- data.table(id1=1:10, D=2*(1:10), key="id1")
dt2 <- data.table(id2=21:23, D1=c(5, 7, 10), D2=c(9, 12, 16), key="id2")

# Desired filtered cross-join data table by hand: D1 <= D & D <= D2.
dtfDesired <- data.table(
    id1=c(3, 4, 4, 5, 6, 5, 6, 7, 8)
  , id2=c(rep(21, 2), rep(22, 3), rep(23, 4))
  , D1=c(rep(5, 2), rep(7, 3), rep(10, 4))
  , D=c(6, 8, 8, 10, 12, 10, 12, 14, 16)
  , D2=c(rep(9, 2), rep(12, 3), rep(16, 4))
)
setkey(dtfDesired, id1, id2)

# My "inefficient" programmatic attempt with full cross join.
fullCJ <- function(dt1, dt2) {
  # Full cross-product: NOT acceptable with real data!
  dtCrossAll <- CJ(dt1$id1, dt2$id2)
  setnames(dtCrossAll, c("id1", "id2"))
  # Merge all columns.
  dtf <- merge(dtCrossAll, dt1, by="id1")
  dtf <- merge(dtf, dt2, by="id2")
  setkey(dtf, id1, id2)
  # Reorder columns for convenience.
  setcolorder(dtf, c("id1", "id2", "D1", "D", "D2"))
  # Finally, filter the cases I want.
  dtf[D1 <= D & D <= D2, ]
}

dtf <- fullCJ(dt1, dt2)

# Print results.
print(dt1)
print(dt2)
print(dtfDesired)
all.equal(dtf, dtfDesired)

测试数据输出

代码语言:javascript
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> # Print results.
> print(dt1)
    id1  D
 1:   1  2
 2:   2  4
 3:   3  6
 4:   4  8
 5:   5 10
 6:   6 12
 7:   7 14
 8:   8 16
 9:   9 18
10:  10 20
> print(dt2)
   id2 D1 D2
1:  21  5  9
2:  22  7 12
3:  23 10 16
> print(dtfDesired)
   id1 id2 D1  D D2
1:   3  21  5  6  9
2:   4  21  5  8  9
3:   4  22  7  8 12
4:   5  22  7 10 12
5:   5  23 10 10 16
6:   6  22  7 12 12
7:   6  23 10 12 16
8:   7  23 10 14 16
9:   8  23 10 16 16
> all.equal(dtf, dtfDesired)
[1] TRUE

因此,现在的挑战是以一种可以伸缩到数百万行的方式编写过滤后的交叉连接!

下面是可供选择的实现的集合,包括答案和注释中建议的实现。

代码语言:javascript
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# My "inefficient" programmatic attempt looping manually.
manualIter <- function(dt1, dt2) {
  id1Match <- NULL; id2Match <- NULL; dtf <- NULL;
  for (i1 in seq_len(nrow(dt1))) {
    # Find matches in dt2 of this dt1 row.
    row1 <- dt1[i1, ]
    id1 <- row1$id1
    D <- row1$D
    dt2Match <- dt2[D1 <= D & D <= D2, ]
    nMatches <- nrow(dt2Match)
    if (0 < nMatches) {
      id1Match <- c(id1Match, rep(id1, nMatches))
      id2Match <- c(id2Match, dt2Match$id2)
    }
  }
  # Build the return data.table for the matching ids.
  dtf <- data.table(id1=id1Match, id2=id2Match)
  dtf <- merge(dtf, dt1, by="id1")
  dtf <- merge(dtf, dt2, by="id2")
  setkey(dtf, id1, id2)
  # Reorder columns for convenience & consistency.
  setcolorder(dtf, c("id1", "id2", "D1", "D", "D2"))
  return(dtf)
}

dtJoin1 <- function(dt1, dt2) {
  dtf <- dt1[, dt2[D1 <= D & D <= D2, list(id2=id2)], by=id1]
  dtf <- merge(dtf, dt1, by="id1")
  dtf <- merge(dtf, dt2, by="id2")
  setkey(dtf, id1, id2)
  setcolorder(dtf, c("id1", "id2", "D1", "D", "D2")) # Reorder columns for convenience & consistency.
  return(dtf)
}

dtJoin2 <- function(dt1, dt2) {
  dtf <- dt2[, dt1[D1 <= D & D <= D2, list(id1=id1, D1=D1, D=D, D2=D2)], by=id2]
  setkey(dtf, id1, id2)
  setcolorder(dtf, c("id1", "id2", "D1", "D", "D2")) # Reorder columns for convenience & consistency.
  return(dtf)
}

# Install Bioconductor IRanges (see bioTreeRange below).
source("http://bioconductor.org/biocLite.R")
biocLite("IRanges")

# Solution using Bioconductor IRanges.
bioTreeRange <- function(dt1, dt2) {
  require(IRanges)
  ir1 <- IRanges(dt1$D, width=1L)
  ir2 <- IRanges(dt2$D1, dt2$D2)
  olaps <- findOverlaps(ir1, ir2, type="within")
  dtf <- cbind(dt1[queryHits(olaps)], dt2[subjectHits(olaps)])
  setkey(dtf, id1, id2)
  setcolorder(dtf, c("id1", "id2", "D1", "D", "D2")) # Reorder columns for convenience.
  return(dtf)
}

下面是一个更大的数据集的一个小基准,比我真实的基础场景小2-3个数量级。真正的场景在完全交叉连接的巨大内存分配上失败。

代码语言:javascript
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set.seed(1)
n1 <- 10000
n2 <- 1000
dtbig1 <- data.table(id1=1:n1, D=1:n1, key="id1")
dtbig2 <- data.table(id2=1:n2, D1=sort(sample(1:n1, n2)), key="id2")
dtbig2$D2 <- with(dtbig2, D1 + 100)

library("microbenchmark")
mbenchmarkRes <- microbenchmark(
  fullCJRes <- fullCJ(dtbig1, dtbig2)
  , manualIterRes <- manualIter(dtbig1, dtbig2)
  , dtJoin1Res <- dtJoin1(dtbig1, dtbig2)
  , dtJoin2Res <- dtJoin2(dtbig1, dtbig2)
  , bioTreeRangeRes <- bioTreeRange(dtbig1, dtbig2)
  , times=3, unit="s", control=list(order="inorder", warmup=1)
)
mbenchmarkRes$expr <- c("fullCJ", "manualIter", "dtJoin1", "dtJoin2", "bioTreeRangeRes") # Shorten names for better display.

# Print microbenchmark
print(mbenchmarkRes, order="median")

现在我在我的机器上得到的基准测试结果是:

代码语言:javascript
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> print(mbenchmarkRes, order="median")
Unit: seconds
            expr        min         lq     median         uq        max neval
 bioTreeRangeRes 0.05833279 0.05843753 0.05854227 0.06099377 0.06344527     3
         dtJoin2 1.20519664 1.21583650 1.22647637 1.23606216 1.24564796     3
          fullCJ 4.00370434 4.03572702 4.06774969 4.17001658 4.27228347     3
         dtJoin1 8.02416333 8.03504136 8.04591938 8.20015977 8.35440016     3
      manualIter 8.69061759 8.69716448 8.70371137 8.76859060 8.83346982     3

结论

  • Arun (bioTreeRangeRes)的生物导体树/IRanges溶液比替代品快两个数量级。但是安装似乎已经更新了其他CRAN库(我的错误,当安装问到这个问题时我接受了它);在加载它们时已经找不到其中的一些库了--例如gtoolsgplots
  • 来自BrodieG (dtJoin2)的最快的纯dtJoin2选项可能没有我所需要的那么高效,但至少在内存消耗方面是合理的(我将让它在我的实际场景中运行一夜--大约100万行)。
  • 我尝试更改数据表键(使用日期而不是id);它没有产生任何影响。
  • 正如预期的那样,在R (manualIter)中显式地编写循环会爬行。
EN

回答 2

Stack Overflow用户

回答已采纳

发布于 2014-09-07 09:26:14

最近,重叠联接在data.table中实现。这是一个特殊情况,dt1的“起点和终点是相同的”。您可以从github项目页面获取最新版本,尝试如下:

代码语言:javascript
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require(data.table) ## 1.9.3+
dt1[, DD := D] ## duplicate column D to create intervals
setkey(dt2, D1,D2) ## key needs to be set for 2nd argument
foverlaps(dt1, dt2, by.x=c("D", "DD"), by.y=key(dt2), nomatch=0L)

#    id2 D1 D2 id1  D DD
# 1:  21  5  9   3  6  6
# 2:  21  5  9   4  8  8
# 3:  22  7 12   4  8  8
# 4:  22  7 12   5 10 10
# 5:  23 10 16   5 10 10
# 6:  22  7 12   6 12 12
# 7:  23 10 16   6 12 12
# 8:  23 10 16   7 14 14
# 9:  23 10 16   8 16 16

下面是对您在文章中显示的相同数据进行基准测试的结果:

代码语言:javascript
复制
# Unit: seconds
#             expr         min          lq      median          uq         max neval
#            olaps  0.03600603  0.03971068  0.04341533  0.04857602  0.05373671     3
#  bioTreeRangeRes  0.11356837  0.11673968  0.11991100  0.12499391  0.13007681     3
#          dtJoin2  2.61679908  2.70327940  2.78975971  2.86864832  2.94753693     3
#           fullCJ  4.45173294  4.75271285  5.05369275  5.08333291  5.11297307     3
#          dtJoin1 16.51898878 17.39207632 18.26516387 18.60092303 18.93668220     3
#       manualIter 29.36023340 30.13354967 30.90686594 33.55910653 36.21134712     3

其中dt_olaps是:

代码语言:javascript
复制
dt_olaps <- function(dt1, dt2) {
    dt1[, DD := D]
    setkey(dt2, D1,D2)
    foverlaps(dt1, dt2, by.x=c("D","DD"), by.y=key(dt2), nomatch=0L)
}
票数 2
EN

Stack Overflow用户

发布于 2014-02-25 22:42:33

这似乎是一个从使用interval trees算法中获益良多的问题。生物导体包IRanges提供了一个非常好的实现。

代码语言:javascript
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# Installation
source("http://bioconductor.org/biocLite.R")
biocLite("IRanges")

# solution
require(IRanges)
ir1 <- IRanges(dt1$D, width=1L)
ir2 <- IRanges(dt2$D1, dt2$D2)

olaps <- findOverlaps(ir1, ir2, type="within")
cbind(dt1[queryHits(olaps)], dt2[subjectHits(olaps)])

   id1  D id2 D1 D2
1:   3  6  21  5  9
2:   4  8  21  5  9
3:   4  8  22  7 12
4:   5 10  22  7 12
5:   5 10  23 10 16
6:   6 12  22  7 12
7:   6 12  23 10 16
8:   7 14  23 10 16
9:   8 16  23 10 16
票数 6
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原文链接:

https://stackoverflow.com/questions/22026676

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