Оптимизация алгоритма Verhoeff в R
https://stackoverflow.com/questions/3476015
-
28-09-2019 - |
italiano
english
français
española
中国
日本の
العربية
Deutsch
한국어
Português
RussianВопрос
Я написал следующую функцию для расчета контрольной цифры в R.
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]
}
Для того, чтобы бежать на векторе строк, sapply необходимо использовать. Это частично из-за использования strsplit, Возвращает список векторов. Это влияет на производительность даже только для входных данных умеренно размером.
Как эта функция могла быть векторизацией?
Я также знаю, что некоторая производительность теряется в необходимости создавать таблицы в каждой итерации. Хранил бы их в новой среде лучшее решение?
Решение
Если ваши входные строки могут содержать разные номера символов, то я не вижу никакой способ lapply звонки (или plyr эквивалент). Хитрость состоит в том, чтобы переместить их внутри функции, так verhoeffCheck может принимать векторные входы. Таким образом вам нужно только создать матрицы один раз.
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]
})
}
С d зависит от того, каково было ранее, это не простой способ предложить образец for петля.
Моя версия работает около половины времени на 1E5 строк.
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!
Видеть этот вопрос для tic а также toc.
Дальше мысли:
Вы можете захотете проверку дополнительного ввода на "" и другие строки, которые возвращаются NA при преобразовании в числовой.
Поскольку вы имеете дело исключительно с целыми числами, вы можете получить небольшую производительность выгоду от использования их, а не двойников. (Использовать as.integer скорее, чем as.numeric и добавить L ценностям в ваших матрицах.)
Другие советы
Мы начинаем с определения матриц поиска. Я проложил их таким образом, чтобы заставить их проще проверить по отношению к ссылке, например,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))
Далее мы определим функцию проверки и попробуйте ее с помощью тестового ввода. Я последовал за выводом в Википедии как можно ближе.
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
Эта функция принципиально итерация, поскольку каждая итерация зависит от значения предыдущего. Это означает, что мы вряд ли сможем сделать векторов в R, поэтому, если мы хотим, образующим, нам нужно будет использовать RCPP.
Однако, прежде чем мы обратимся к этому, стоит изучить, если мы можем сделать начальный раскол быстрее. Сначала мы делаем маленький микробенчччччмарк, чтобы увидеть, стоит ли ощущаться:
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
Похоже! На моем компьютере, verhoeff_prepare() приходится около 50% времени выполнения. Немного поиска в Stackoverflow показывает другой подход к повороту номер в цифры:
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() намного быстрее, чем digits() Но он имеет ограниченное влияние на все время выполнения.
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
Сделать его еще быстрее, мы могли бы попробовать C ++.
#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
Это не дает большую часть улучшения. Может быть, мы можем сделать лучше, если мы пройдем номер к C ++ и обрабатывать цифры в цикле:
#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
И мы получим окупаемость: verhoeff4() в 5 раз быстрее, чемverhoeff2().
Richie C хорошо ответил на векторную векторов; как только для Creatig таблиц один раз, не загромождая глобальное пространство имени, одно быстрое решение, которое не требует пакета
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
что сохраняет данные в среде функции. Вы можете видеть, насколько это быстрее.
Надеюсь это поможет.
Аллен
