R语言 为马尔可夫模型创建转换矩阵

2ic8powd  于 2023-04-03  发布在  其他
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我需要关于马尔可夫链和数据预处理的帮助。假设我有以下矩阵,将个体与状态随时间推移联系起来:

ID Time1 Time2
1 14021     A     A
2 15031     B     A
3 16452     A     C

对于这个矩阵,我想得到状态转移矩阵:因此,需要的是

A  B  C
A 1  0  1
B 1  0  0
C 0  0  0

同样的事情,但是现在由从该状态的转换的总数加权,即,

A    B   C
A 0.5  0  0.5
B 1    0   0
C 0    0   0

(as有两个从状态A离开的转换).我知道markovchain包有一个功能,如果一个有一个序列,比如AAABBAAABBCC,但如果数据像我一样设置,就不会这样做.理想情况下,直接过程会很好,但如果有某种方法将数据转换为一组序列,也会工作.

erhoui1w

erhoui1w1#

一种igraph方法,因此使用Joseph的答案中的df

library(igraph)

g <- graph_from_data_frame(df)

E(g)$weight = 1/degree(g, mode="out")[df$Time1] # get counts

as_adj(g, attr = "weight", sparse=FALSE) # output weighted adjacency matrix

    A B   C
A 0.5 0 0.5
B 1.0 0 0.0
C 0.0 0 0.0
suzh9iv8

suzh9iv82#

这是另一个base R解决方案。

df <- data.frame(Time1 = c("A","B","A"), Time2 = c("A","A","C"), stringsAsFactors = FALSE)

myStates <- sort(unique(c(df$Time1, df$Time2)))
lenSt <- length(myStates)

currState <- match(df$Time1, myStates)
nextState <- match(df$Time2, myStates)
transMat <- matrix(0L, lenSt, lenSt)

transMat[cbind(currState, nextState)] <- 1L
transMat <- transMat/rowSums(transMat)
transMat[is.na(transMat)] <- 0

transMat
     [,1] [,2] [,3]
[1,]  0.5    0  0.5
[2,]  1.0    0  0.0
[3,]  0.0    0  0.0
az31mfrm

az31mfrm3#

当然有更好的方法。这是我在一个无聊的星期五下午用循环涂鸦。

lvls <- sort(unique(unlist(df[,-1])))

dat <- matrix(0, nrow= length(lvls), ncol= length(lvls))

colnames(dat) <- lvls
rownames(dat) <- lvls

concat <- paste0(df[,2], df[,3])

for (i in 1:length(lvls)) {
  for (j in 1:length(lvls)) {
    dat[i,j] <- paste0(rownames(dat)[i], colnames(dat)[j])
  }
}

dat <- matrix(sapply(dat, function(x) length(grep(x, concat))), 
       nrow= length(lvls), ncol= length(lvls))

colnames(dat) <- lvls
rownames(dat) <- lvls

dat

##   A B C
## A 1 0 1
## B 1 0 0
## C 0 0 0

dat <- dat / rowSums(dat)
dat[is.na(dat)] <- 0

dat

##    A B   C
##A 0.5 0 0.5
##B 1.0 0 0.0
##C 0.0 0 0.0

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