Optimierung des Algorithmus in Verhoeff R
https://stackoverflow.com/questions/3476015
-
28-09-2019 - |
italiano
english
français
española
中国
日本の
العربية
Deutsch
한국어
Português
RussianFrage
Ich habe die folgende Funktion geschrieben, um eine Prüfziffer in R zu berechnen.
verhoeffCheck <- function(x)
{
## calculates check digit based on Verhoeff algorithm
## note that due to the way strsplit works, to call for vector x, use sapply(x,verhoeffCheck)
## check for string since leading zeros with numbers will be lost
if (class(x)!="character"){stop("Must enter a string")}
#split and convert to numbers
digs <- strsplit(x,"")[[1]]
digs <- as.numeric(digs)
digs <- rev(digs) ## right to left algorithm
## tables required for D_5 group
d5_mult <- matrix(c(
0:9,
c(1:4,0,6:9,5),
c(2:4,0:1,7:9,5:6),
c(3:4,0:2,8:9,5:7),
c(4,0:3,9,5:8),
c(5,9:6,0,4:1),
c(6:5,9:7,1:0,4:2),
c(7:5,9:8,2:0,4:3),
c(8:5,9,3:0,4),
9:0
),10,10,byrow=T)
d5_perm <- matrix(c(
0:9,
c(1,5,7,6,2,8,3,0,9,4),
c(5,8,0,3,7,9,6,1,4,2),
c(8,9,1,6,0,4,3,5,2,7),
c(9,4,5,3,1,2,6,8,7,0),
c(4,2,8,6,5,7,3,9,0,1),
c(2,7,9,3,8,0,6,4,1,5),
c(7,0,4,6,9,1,3,2,5,8)
),8,10,byrow=T)
d5_inv <- c(0,4:1,5:9)
## apply algoritm - note 1-based indexing in R
d <- 0
for (i in 1:length(digs)){
d <- d5_mult[d+1,(d5_perm[(i%%8)+1,digs[i]+1])+1]
}
d5_inv[d+1]
}
Um auf einen Vektor von Strings ausführen können, müssen sapply verwendet werden. Dies ist wegen der Verwendung von strsplit teilweise, die eine Liste von Vektoren zurückgibt. Dies gilt Einfluss auf die Leistung sogar für nur mäßig große Eingänge.
Wie könnte diese Funktion vektorisiert werden?
Ich bin mir auch bewusst, dass einige Leistung in mit verloren die Tabellen in jeder Iteration zu erstellen. Würde Speichern diese in einer neuen Umgebung sein eine bessere Lösung?
Lösung
Wenn Sie Ihre Eingabezeichenfolgen eine unterschiedliche Anzahl von Zeichen enthalten kann, dann sehe ich keine Möglichkeit, rund lapply Anrufe (oder ein plyr Äquivalent). Der Trick besteht darin, sie innerhalb der Funktion zu bewegen, so verhoeffCheck Vektoreingaben akzeptieren kann. Auf diese Weise müssen Sie nur die Matrizen einmal erstellen.
verhoeffCheckNew <- function(x)
{
## calculates check digit based on Verhoeff algorithm
## check for string since leading zeros with numbers will be lost
if (!is.character(x)) stop("Must enter a string")
#split and convert to numbers
digs <- strsplit(x, "")
digs <- lapply(digs, function(x) rev(as.numeric(x)))
## tables required for D_5 group
d5_mult <- matrix(c(
0:9,
c(1:4,0,6:9,5),
c(2:4,0:1,7:9,5:6),
c(3:4,0:2,8:9,5:7),
c(4,0:3,9,5:8),
c(5,9:6,0,4:1),
c(6:5,9:7,1:0,4:2),
c(7:5,9:8,2:0,4:3),
c(8:5,9,3:0,4),
9:0
),10,10,byrow=T)
d5_perm <- matrix(c(
0:9,
c(1,5,7,6,2,8,3,0,9,4),
c(5,8,0,3,7,9,6,1,4,2),
c(8,9,1,6,0,4,3,5,2,7),
c(9,4,5,3,1,2,6,8,7,0),
c(4,2,8,6,5,7,3,9,0,1),
c(2,7,9,3,8,0,6,4,1,5),
c(7,0,4,6,9,1,3,2,5,8)
),8,10,byrow=T)
d5_inv <- c(0,4:1,5:9)
## apply algorithm - note 1-based indexing in R
sapply(digs, function(x)
{
d <- 0
for (i in 1:length(x)){
d <- d5_mult[d + 1, (d5_perm[(i %% 8) + 1, x[i] + 1]) + 1]
}
d5_inv[d+1]
})
}
Da d hängt davon ab, was es war vorher, das ist keine einfache Möglichkeit, die for Schleife vektorisieren.
Meine Version läuft in etwa der Hälfte der Zeit für 1e5 Saiten.
rand_string <- function(n = 12)
{
paste(sample(as.character(0:9), sample(n), replace = TRUE), collapse = "")
}
big_test <- replicate(1e5, rand_string())
tic()
res1 <- unname(sapply(big_test, verhoeffCheck))
toc()
tic()
res2 <- verhoeffCheckNew(big_test)
toc()
identical(res1, res2) #hopefully TRUE!
finden Sie unter href="https://stackoverflow.com/questions/1716012/stopwatch-function-in-r/1716344#1716344"> für tic und toc.
Weitere Gedanken:
können Sie wollen zusätzliche Eingabeprüfung für "" und andere Zeichenfolgen, die Rückkehr NA wenn in numerischer umgewandelt.
Da Sie ausschließlich mit ganzen Zahlen zu tun haben, können Sie einen leichten Leistungsvorteil erhalten durch deren Nutzung eher als verdoppelt. (Verwenden Sie as.integer statt as.numeric und Anfügen L zu den Werten in Ihren Matrizen.)
Andere Tipps
Wir beginnen, die Lookup-Matrizen zu definieren. Ich habe sie in einer Art und Weise angelegt das sollte sich leichter überprüfen gegen eine Referenz machen, z.B. http://en.wikipedia.org/wiki/Verhoeff_algorithm .
d5_mult <- matrix(as.integer(c(
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
1, 2, 3, 4, 0, 6, 7, 8, 9, 5,
2, 3, 4, 0, 1, 7, 8, 9, 5, 6,
3, 4, 0, 1, 2, 8, 9, 5, 6, 7,
4, 0, 1, 2, 3, 9, 5, 6, 7, 8,
5, 9, 8, 7, 6, 0, 4, 3, 2, 1,
6, 5, 9, 8, 7, 1, 0, 4, 3, 2,
7, 6, 5, 9, 8, 2, 1, 0, 4, 3,
8, 7, 6, 5, 9, 3, 2, 1, 0, 4,
9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0
)), ncol = 10, byrow = TRUE)
d5_perm <- matrix(as.integer(c(
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
1, 5, 7, 6, 2, 8, 3, 0, 9, 4,
5, 8, 0, 3, 7, 9, 6, 1, 4, 2,
8, 9, 1, 6, 0, 4, 3, 5, 2, 7,
9, 4, 5, 3, 1, 2, 6, 8, 7, 0,
4, 2, 8, 6, 5, 7, 3, 9, 0, 1,
2, 7, 9, 3, 8, 0, 6, 4, 1, 5,
7, 0, 4, 6, 9, 1, 3, 2, 5, 8
)), ncol = 10, byrow = TRUE)
d5_inv <- as.integer(c(0, 4, 3, 2, 1, 5, 6, 7, 8, 9))
Als nächstes werden wir die Prüffunktion, definieren und versuchen Sie es mit einem Testeingang aus. Ich habe die Ableitung in wikipedia so genau wie möglich folgen.
p <- function(i, n_i) {
d5_perm[(i %% 8) + 1, n_i + 1] + 1
}
d <- function(c, p) {
d5_mult[c + 1, p]
}
verhoeff <- function(x) {
#split and convert to numbers
digs <- strsplit(as.character(x), "")[[1]]
digs <- as.numeric(digs)
digs <- rev(digs) ## right to left algorithm
## apply algoritm - note 1-based indexing in R
c <- 0
for (i in 1:length(digs)) {
c <- d(c, p(i, digs[i]))
}
d5_inv[c + 1]
}
verhoeff(142857)
## [1] 0
Diese Funktion ist grundsätzlich iterative, da jede Iteration abhängt der Wert des vorherigen. Das bedeutet, dass wir kaum in der Lage sein, vectorize in R, also wenn wir vectorize wollen, wir müssen RCPP verwenden.
Bevor wir jedoch zu, dass drehen, es ist ein Besuch wert, wenn wir das tun können, anfängliche Spaltung schneller. Zuerst haben wir ein wenig zu-Micro zu sehen, ob es die Mühe wert:
library(microbenchmark)
digits <- function(x) {
digs <- strsplit(as.character(x), "")[[1]]
digs <- as.numeric(digs)
rev(digs)
}
microbenchmark(
digits(142857),
verhoeff(142857)
)
## Unit: microseconds
## expr min lq median uq max neval
## digits(142857) 11.30 12.01 12.43 12.85 28.79 100
## verhoeff(142857) 32.24 33.81 34.66 35.47 95.85 100
Es sieht aus wie Sie es! Auf meinem Computer, Konten verhoeff_prepare() für
etwa 50% der Laufzeit. Ein wenig suchen auf Stackoverflow enthüllt
Ein weiterer Ansatz, um eine Zahl Drehen in
Ziffern :
digits2 <- function(x) {
n <- floor(log10(x))
x %/% 10^(0:n) %% 10
}
digits2(12345)
## [1] 5 4 3 2 1
microbenchmark(
digits(142857),
digits2(142857)
)
## Unit: microseconds
## expr min lq median uq max neval
## digits(142857) 11.495 12.102 12.468 12.834 79.60 100
## digits2(142857) 2.322 2.784 3.358 3.561 13.69 100
digits2() ist viel schneller als digits() aber es hat nur begrenzte Auswirkungen auf
die gesamte Laufzeit.
verhoeff2 <- function(x) {
digs <- digits2(x)
c <- 0
for (i in 1:length(digs)) {
c <- d(c, p(i, digs[i]))
}
d5_inv[c + 1]
}
verhoeff2(142857)
## [1] 0
microbenchmark(
verhoeff(142857),
verhoeff2(142857)
)
## Unit: microseconds
## expr min lq median uq max neval
## verhoeff(142857) 33.06 34.49 35.19 35.92 73.38 100
## verhoeff2(142857) 20.98 22.58 24.05 25.28 48.69 100
Um es noch schneller machen wir C versuchen könnte ++.
#include <Rcpp.h>
using namespace Rcpp;
// [[Rcpp::export]]
int verhoeff3_c(IntegerVector digits, IntegerMatrix mult, IntegerMatrix perm,
IntegerVector inv) {
int n = digits.size();
int c = 0;
for(int i = 0; i < n; ++i) {
int p = perm(i % 8, digits[i]);
c = mult(c, p);
}
return inv[c];
}
verhoeff3 <- function(x) {
verhoeff3_c(digits(x), d5_mult, d5_perm, d5_inv)
}
verhoeff3(142857)
## [1] 3
microbenchmark(
verhoeff2(142857),
verhoeff3(142857)
)
## Unit: microseconds
## expr min lq median uq max neval
## verhoeff2(142857) 21.00 22.85 25.53 27.11 63.71 100
## verhoeff3(142857) 16.75 17.99 18.87 19.64 79.54 100
Das ergibt keine große Verbesserung. Vielleicht können wir besser, wenn wir tun passiert die Nummer zu C ++ und verarbeitet die Ziffern in einer Schleife:
#include <Rcpp.h>
using namespace Rcpp;
// [[Rcpp::export]]
int verhoeff4_c(int number, IntegerMatrix mult, IntegerMatrix perm,
IntegerVector inv) {
int c = 0;
int i = 0;
for (int i = 0; number > 0; ++i, number /= 10) {
int p = perm(i % 8, number % 10);
c = mult(c, p);
}
return inv[c];
}
verhoeff4 <- function(x) {
verhoeff4_c(x, d5_mult, d5_perm, d5_inv)
}
verhoeff4(142857)
## [1] 3
microbenchmark(
verhoeff2(142857),
verhoeff3(142857),
verhoeff4(142857)
)
## Unit: microseconds
## expr min lq median uq max neval
## verhoeff2(142857) 21.808 24.910 26.838 27.797 64.22 100
## verhoeff3(142857) 17.699 18.742 19.599 20.764 81.67 100
## verhoeff4(142857) 3.143 3.797 4.095 4.396 13.21 100
Und wir bekommen ein Pay-off: verhoeff4() etwa 5-mal schneller als
verhoeff2().
Richie C beantwortet die Vektorisierung Frage schön; nur für creatig die Tabellen einmal ohne den globalen Namensraum unübersichtlich, eine schnelle Lösung, die kein Paket erfordert, ist
verhoeffCheck <- local(function(x)
{
## calculates check digit based on Verhoeff algorithm
## note that due to the way strsplit works, to call for vector x, use sapply(x,verhoeffCheck)
## check for string since leading zeros with numbers will be lost
if (class(x)!="character"){stop("Must enter a string")}
#split and convert to numbers
digs <- strsplit(x,"")[[1]]
digs <- as.numeric(digs)
digs <- rev(digs) ## right to left algorithm
## apply algoritm - note 1-based indexing in R
d <- 0
for (i in 1:length(digs)){
d <- d5_mult[d+1,(d5_perm[(i%%8)+1,digs[i]+1])+1]
}
d5_inv[d+1]
})
assign("d5_mult", matrix(c(
0:9, c(1:4,0,6:9,5), c(2:4,0:1,7:9,5:6), c(3:4,0:2,8:9,5:7),
c(4,0:3,9,5:8), c(5,9:6,0,4:1), c(6:5,9:7,1:0,4:2), c(7:5,9:8,2:0,4:3),
c(8:5,9,3:0,4), 9:0), 10, 10, byrow = TRUE),
envir = environment(verhoeffCheck))
assign("d5_perm", matrix(c(
0:9, c(1,5,7,6,2,8,3,0,9,4), c(5,8,0,3,7,9,6,1,4,2),
c(8,9,1,6,0,4,3,5,2,7), c(9,4,5,3,1,2,6,8,7,0), c(4,2,8,6,5,7,3,9,0,1),
c(2,7,9,3,8,0,6,4,1,5), c(7,0,4,6,9,1,3,2,5,8)), 8, 10, byrow = TRUE),
envir = environment(verhoeffCheck))
assign("d5_inv", c(0,4:1,5:9), envir = environment(verhoeffCheck))
## Now just use the function
, die die Daten in der Umgebung der Funktion hält. Sie können es Zeit zu sehen, wie viel schneller es ist.
Hope, das hilft.
Allan
