草庐IT

python - 使用 numpy 计算成对互信息的最佳方法

coder 2023-05-21 原文

对于 m x n 矩阵，计算所有列对 (n x n) 的互信息的最佳(最快)方法是什么？

作者 mutual information ，我的意思是:

I(X, Y) = H(X) + H(Y) - H(X,Y)

其中H(X)指的是X的香农熵。

目前我正在使用 np.histogram2d 和 np.histogram 来计算联合 (X,Y) 和单个 (X 或 Y) 很重要。对于给定的矩阵 A(例如 250000 X 1000 的浮点矩阵)，我正在做一个嵌套的 for 循环，

    n = A.shape[1]
    for ix = arange(n)  
        for jx = arange(ix+1,n):
           matMI[ix,jx]= calc_MI(A[:,ix],A[:,jx])

肯定有更好/更快的方法来做到这一点？

顺便说一句，我还在数组的列(按列或按行操作)上寻找映射函数，但还没有找到一个好的通用答案。

这是我的完整实现，遵循 the Wiki page 中的约定:

import numpy as np

def calc_MI(X,Y,bins):

   c_XY = np.histogram2d(X,Y,bins)[0]
   c_X = np.histogram(X,bins)[0]
   c_Y = np.histogram(Y,bins)[0]

   H_X = shan_entropy(c_X)
   H_Y = shan_entropy(c_Y)
   H_XY = shan_entropy(c_XY)

   MI = H_X + H_Y - H_XY
   return MI

def shan_entropy(c):
    c_normalized = c / float(np.sum(c))
    c_normalized = c_normalized[np.nonzero(c_normalized)]
    H = -sum(c_normalized* np.log2(c_normalized))  
    return H

A = np.array([[ 2.0,  140.0,  128.23, -150.5, -5.4  ],
              [ 2.4,  153.11, 130.34, -130.1, -9.5  ],
              [ 1.2,  156.9,  120.11, -110.45,-1.12 ]])

bins = 5 # ?
n = A.shape[1]
matMI = np.zeros((n, n))

for ix in np.arange(n):
    for jx in np.arange(ix+1,n):
        matMI[ix,jx] = calc_MI(A[:,ix], A[:,jx], bins)

虽然我的带有嵌套 for 循环的工作版本以合理的速度完成它，但我想知道是否有更优化的方法将 calc_MI 应用于所有A 的列(计算它们的成对互信息)？

我也想知道:

  1. 是否有高效的方法来映射函数对np.arrays的列(或行)进行操作(可能像np.vectorize，看起来更像装饰师)？

  2. 对于这个特定的计算(互信息)是否还有其他优化的实现方式？

最佳答案

我不能建议对 n*(n-1)/2 的外循环进行更快的计算 向量，但您的 calc_MI(x, y, bins) 实现可以简化 如果您可以使用 scipy 版本 0.13 或 scikit-learn .

在 scipy 0.13 中，lambda_ 参数被添加到 scipy.stats.chi2_contingency 此参数控制函数计算的统计量。如果 您使用 lambda_="log-likelihood"(或 lambda_=0)，即对数似然比 被退回。这通常也称为 G 或 G2 统计量。以外 2*n 的因子(其中 n 是意外事件中的样本总数 表)，这是互信息。所以你可以实现 calc_MI 如:

from scipy.stats import chi2_contingency

def calc_MI(x, y, bins):
    c_xy = np.histogram2d(x, y, bins)[0]
    g, p, dof, expected = chi2_contingency(c_xy, lambda_="log-likelihood")
    mi = 0.5 * g / c_xy.sum()
    return mi

这个和你的实现之间的唯一区别是这个 实现使用自然对数而不是以 2 为底的对数 (所以它用“nats”而不是“bits”来表达信息)。如果 你真的更喜欢位，只需将 mi 除以 log(2)。

如果你有(或可以安装)sklearn(即 scikit-learn)，你可以使用 sklearn.metrics.mutual_info_score ，并将 calc_MI 实现为:

from sklearn.metrics import mutual_info_score

def calc_MI(x, y, bins):
    c_xy = np.histogram2d(x, y, bins)[0]
    mi = mutual_info_score(None, None, contingency=c_xy)
    return mi

关于python - 使用 numpy 计算成对互信息的最佳方法，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/20491028/

互信pythoncodecalc_MIperformancenumpyscipyinformation-theory

有关python - 使用 numpy 计算成对互信息的最佳方法的更多相关文章

  1. ruby - 如何使用 Nokogiri 的 xpath 和 at_xpath 方法 - 2

    我正在学习如何使用Nokogiri，根据这段代码我遇到了一些问题:require'rubygems'require'mechanize'post_agent=WWW::Mechanize.newpost_page=post_agent.get('http://www.vbulletin.org/forum/showthread.php?t=230708')puts"\nabsolutepathwithtbodygivesnil"putspost_page.parser.xpath('/html/body/div/div/div/div/div/table/tbody/tr/td/div

  2. ruby - 如何从 ruby​​ 中的字符串运行任意对象方法？ - 2

    总的来说，我对ruby​​还比较陌生，我正在为我正在创建的对象编写一些rspec测试用例。许多测试用例都非常基础，我只是想确保正确填充和返回值。我想知道是否有办法使用循环结构来执行此操作。不必为我要测试的每个方法都设置一个assertEquals。例如:describeitem,"TestingtheItem"doit"willhaveanullvaluetostart"doitem=Item.new#HereIcoulddotheitem.name.shouldbe_nil#thenIcoulddoitem.category.shouldbe_nilendend但我想要一些方法来使用

  3. ruby - 使用 RubyZip 生成 ZIP 文件时设置压缩级别 - 2

    我有一个Ruby程序，它使用rubyzip压缩XML文件的目录树。gem。我的问题是文件开始变得很重，我想提高压缩级别，因为压缩时间不是问题。我在rubyzipdocumentation中找不到一种为创建的ZIP文件指定压缩级别的方法。有人知道如何更改此设置吗？是否有另一个允许指定压缩级别的Ruby库？ 最佳答案 这是我通过查看ruby​​zip内部创建的代码。level=Zlib::BEST_COMPRESSIONZip::ZipOutputStream.open(zip_file)do|zip|Dir.glob("**/*")d

  4. ruby - 为什么我可以在 Ruby 中使用 Object#send 访问私有(private)/ protected 方法？ - 2

    类classAprivatedeffooputs:fooendpublicdefbarputs:barendprivatedefzimputs:zimendprotecteddefdibputs:dibendendA的实例a=A.new测试a.foorescueputs:faila.barrescueputs:faila.zimrescueputs:faila.dibrescueputs:faila.gazrescueputs:fail测试输出failbarfailfailfail.发送测试[:foo,:bar,:zim,:dib,:gaz].each{|m|a.send(m)resc

  5. ruby-on-rails - 使用 Ruby on Rails 进行自动化测试 - 最佳实践 - 2

    很好奇，就使用ruby​​onrails自动化单元测试而言，你们正在做什么？您是否创建了一个脚本来在cron中运行rake作业并将结果邮寄给您？git中的预提交Hook？只是手动调用？我完全理解测试，但想知道在错误发生之前捕获错误的最佳实践是什么。让我们理所当然地认为测试本身是完美无缺的，并且可以正常工作。下一步是什么以确保他们在正确的时间将可能有害的结果传达给您？ 最佳答案 不确定您到底想听什么，但是有几个级别的自动代码库控制:在处理某项功能时，您可以使用类似autotest的内容获得关于哪些有效，哪些无效的即时反馈。要确保您的提

  6. ruby - 在 Ruby 中使用匿名模块 - 2

    假设我做了一个模块如下:m=Module.newdoclassCendend三个问题:除了对m的引用之外，还有什么方法可以访问C和m中的其他内容？我可以在创建匿名模块后为其命名吗(就像我输入“module...”一样)？如何在使用完匿名模块后将其删除，使其定义的常量不再存在？ 最佳答案 三个答案:是的，使用ObjectSpace.此代码使c引用你的类(class)C不引用m:c=nilObjectSpace.each_object{|obj|c=objif(Class===objandobj.name=~/::C$/)}当然这取决于

  7. ruby - 使用 ruby​​ 和 savon 的 SOAP 服务 - 2

    我正在尝试使用ruby​​和Savon来使用网络服务。测试服务为http://www.webservicex.net/WS/WSDetails.aspx?WSID=9&CATID=2require'rubygems'require'savon'client=Savon::Client.new"http://www.webservicex.net/stockquote.asmx?WSDL"client.get_quotedo|soap|soap.body={:symbol=>"AAPL"}end返回SOAP异常。检查soap信封，在我看来soap请求没有正确的命名空间。任何人都可以建议我

  8. ruby - Facter::Util::Uptime:Module 的未定义方法 get_uptime (NoMethodError) - 2

    我正在尝试设置一个puppet节点，但ruby​​gems似乎不正常。如果我通过它自己的二进制文件(/usr/lib/ruby/gems/1.8/gems/facter-1.5.8/bin/facter)在cli上运行facter，它工作正常，但如果我通过由ruby​​gems(/usr/bin/facter)安装的二进制文件，它抛出:/usr/lib/ruby/1.8/facter/uptime.rb:11:undefinedmethod`get_uptime'forFacter::Util::Uptime:Module(NoMethodError)from/usr/lib/ruby

  9. python - 如何使用 Ruby 或 Python 创建一系列高音调和低音调的蜂鸣声？ - 2

    关闭。这个问题是opinion-based.它目前不接受答案。想要改进这个问题？更新问题，以便editingthispost可以用事实和引用来回答它.关闭4年前。Improvethisquestion我想在固定时间创建一系列低音和高音调的哔哔声。例如:在150毫秒时发出高音调的蜂鸣声在151毫秒时发出低音调的蜂鸣声200毫秒时发出低音调的蜂鸣声250毫秒的高音调蜂鸣声有没有办法在Ruby或Python中做到这一点？我真的不在乎输出编码是什么(.wav、.mp3、.ogg等等)，但我确实想创建一个输出文件。

  10. ruby-on-rails - 'compass watch' 是如何工作的/它是如何与 rails 一起使用的 - 2

    我在我的项目目录中完成了compasscreate.和compassinitrails。几个问题:我已将我的.sass文件放在public/stylesheets中。这是放置它们的正确位置吗？当我运行compasswatch时，它不会自动编译这些.sass文件。我必须手动指定文件:compasswatchpublic/stylesheets/myfile.sass等。如何让它自动运行？文件ie.css、print.css和screen.css已放在stylesheets/compiled。如何在编译后不让它们重新出现的情况下删除它们？我自己编译的.sass文件编译成compiled/t

随机推荐