矩阵乘法而不丢失 xts 属性

Question

我有一个xts 对象，我希望创建列的加权总和（并且这样做LOT）。到目前为止，最简单的方法是矩阵乘法，但结果失去了良好的xts 品质。

通过创建一个新的xts 对象很容易将它们添加回来——但这既慢又乏味。

例如：

dd <- xts(matrix(rnorm(200), ncol=2), Sys.Date() + 1:100)
w_sum <- dd %*% c(-1, 1)

...问题是：

> tail(w_sum)
             [,1]
 [95,]  0.1758262
 [96,] -0.3310975
 [97,] -0.1204836
 [98,] -1.2242001
 [99,] -1.7333222
[100,]  1.1216603

解决方法是：

w_sumx <- xts(dd %*% c(-1, 1), index(dd))

但这不仅麻烦，而且速度很慢。另外，我感兴趣地注意到xts 的减法速度非常快。有没有办法利用xts 的快速内部结构来做到这一点？

f1 <- function() xts(dd %*% c(-1, 1), index(dd))
f2 <- function() dd[,2] - dd[,1]

> microbenchmark::microbenchmark(f1(), f2(), times = 1000)
Unit: microseconds
 expr  min   lq     mean median     uq    max neval cld
 f1() 83.7 97.3 114.1294 104.65 115.00 6688.4  1000   b
 f2() 26.3 34.0  40.6202  38.85  45.15  155.4  1000  a 

Answer 1

存在一些简单的替代方案。显然您可以按照建议重写Rcpp 中的方法，但更简单的替代方法是在执行矩阵正则乘法后覆盖属性。

dd_new <- dd %*% c(-1, 1)
att <- attributes(dd)
att$dim <- dim(dd_new)
attributes(dd_new) <- att

这不如纯矩阵乘法快，但比时间序列本身的子集快约 10 - 13 倍。

microbenchmark::microbenchmark(xts = dd[, 1] - dd[, 2], 
                               matmult = dd %*% c(1, -1),
                               xtsmatmult = xts(dd %*% c(1, -1), index(dd)),
                               "%.%" = dd %.% c(1, -1),
                               "%-%" = dd %-% c(1, -1),
                               times = 1e5)
Unit: milliseconds
       expr    min     lq    mean median     uq    max neval
        xts 0.0396 0.0685 0.11200 0.0998 0.1170  15.40 1e+05
    matmult 0.0008 0.0021 0.00352 0.0028 0.0040   7.71 1e+05
 xtsmatmult 0.0853 0.1380 0.22900 0.2100 0.2300 117.00 1e+05
        %.% 0.0025 0.0055 0.00905 0.0076 0.0099   8.97 1e+05
        %-% 0.0096 0.0183 0.03030 0.0268 0.0318 101.00 1e+05

在上面的%.%是一个准系统函数，只留下矩阵乘法和覆盖属性，而%-%添加了一些简单的输入检查，以确保尺寸是可接受的，并使用S3类样式，为了简化概括。

功能：

请注意，compiler::cmpfun 函数已用于对函数进行字节编译（类似于包函数）。在这种情况下，效果是微不足道的。

`%.%` <- compiler::cmpfun(function(x, z){
    x2 <- x %*% z
    att <- attributes(x)
    att$dim <- dim(x2)
    attributes(x2) <- att
    x2
})
`%-%` <- function(x, z)
    UseMethod('%-%')
`%-%.xts` <- compiler::cmpfun(function(x, z){
    ## 
    if(!is.xts(x))
        stop('x must be an xts object')
    if(!is.numeric(z) || !(n <- length(z)) == ncol(x) || n == 0)
        stop('z must be an index vector')
    x2 <- x %*% z
    att <- attributes(x)
    att$dim <- dim(x2)
    attributes(x2) <- att
    x2
})