scipy 对稀疏矩阵进行切片的最快方法是什么?

rkkpypqq  于 2022-11-09  发布在  其他
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我通常使用

matrix[:, i:]

它似乎没有我预期的那么快工作。

hpcdzsge

hpcdzsge1#

要获得一个稀疏矩阵作为输出,最快的行切片方法是使用csr类型,而对于列切片则是csc类型,如下所述。在这两种情况下,您只需执行当前正在执行的操作:

matrix[l1:l2, c1:c2]

如果您想要将ndarray作为输出,直接在ndarray对象中执行切片可能会更快,您可以使用.A属性或.toarray()方法从稀疏矩阵中获取该对象:

matrix.A[l1:l2, c1:c2]

或:

matrix.toarray()[l1:l2, c1:c2]

正如下面的注解中所提到的,如果数组足够大,将稀疏数组转换为密集数组可能会导致内存错误。

vhipe2zx

vhipe2zx2#

我发现,通过滚动自己的行索引器,可以使scipy.sparse.csr_matrix所宣传的快速行索引更快。

class SparseRowIndexer:
    def __init__(self, csr_matrix):
        data = []
        indices = []
        indptr = []

        # Iterating over the rows this way is significantly more efficient
        # than csr_matrix[row_index,:] and csr_matrix.getrow(row_index)
        for row_start, row_end in zip(csr_matrix.indptr[:-1], csr_matrix.indptr[1:]):
             data.append(csr_matrix.data[row_start:row_end])
             indices.append(csr_matrix.indices[row_start:row_end])
             indptr.append(row_end-row_start) # nnz of the row

        self.data = np.array(data)
        self.indices = np.array(indices)
        self.indptr = np.array(indptr)
        self.n_columns = csr_matrix.shape[1]

    def __getitem__(self, row_selector):
        data = np.concatenate(self.data[row_selector])
        indices = np.concatenate(self.indices[row_selector])
        indptr = np.append(0, np.cumsum(self.indptr[row_selector]))

        shape = [indptr.shape[0]-1, self.n_columns]

        return sparse.csr_matrix((data, indices, indptr), shape=shape)

也就是说,通过将每行的非零值存储在单独的数组中,可以利用numpy数组的快速索引,(每行的长度不同),并将所有这些行数组放入对象类型数组中(允许每行具有不同的大小)。列索引以相同的方式存储。该方法与标准CSR数据结构略有不同,后者将所有非零值存储在单个数组中,需要查找以查看每行的起始位置和结束位置。这些查找可能会降低随机访问的速度,但对于检索连续行应该是有效的。

分析结果

我的矩阵mat是一个1,900,000x1,250,000 csr_matrix,其中有400,000,000个非零元素。ilocs是一个200,000个随机行索引的数组。

>>> %timeit mat[ilocs]
2.66 s ± 233 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)

比较对象:

>>> row_indexer = SparseRowIndexer(mat)
>>> %timeit row_indexer[ilocs]
59.9 ms ± 4.51 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)

与布尔掩码相比,SparseRowIndexer在使用花哨的索引时似乎速度更快。

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