快速 Pearson Correlation 计算

科研必备|Origin实战:快速绘制高颜值相关性系数矩阵图 本文详细介绍了使用Origin软件快速绘制高颜值相关性系数矩阵图的实战教程。通过Correlation Plot插件,科研人员无需编程即可高效完成数据可视化,生成符合期刊出版要求的专业图表。文章涵盖了从数据准备、插件安装、参数设置到深度美化的全流程,并提供了色彩映射、文本处理及常见问题解决方案,助力提升科研图表质量与工作效率。 阅读详情

调用scipy.stats 的pearsonr进行运算,运算量 (33003 * 33002 / 2) 达到五亿规模的情况下运算速度特别慢,无法接受。如何快速进行correlation计算?

源代码和结果:

import pickle
from scipy.stats import pearsonr
import numpy as np


def CorrelationPool():
    
    with open('map_pool.pkl','rb') as handle:
        pool = pickle.load(handle)
    
    print("There are "+str(len(pool))+" cells in the pool!")
    l = len(pool)
    # Notes: the shape of the pool is (l, 2304), the type is 'list'. 

    correlation_pool = np.zeros(int(l*(l-1)/2), dtype = np.float64)
    t = 0
    for i in tqdm(range(l-1)):
        for j in range(i+1,l):
            correlation_pool[t], _ = pearsonr(np.array(pool[i]),np.array(pool[j]))
            t += 1
    
    with open('CorrelaitonPool.pkl','wb') as f:
        pickle.dump(correlation_pool,f)

预计用时13小时(考虑到for循环结构,最终用时大约是26小时的一半)这可能是调用两层for循环导致的。为检验这种可能,隐去第二层for循环内的pearson计算时,此时五亿次for循环计算仅用时36秒:

 可见scipy.stats.pearson运算占据了绝对的时间消耗。尝试用numpy重写pearson r,利用numpy的矩阵运算速度优势显著提高运算效率。

方法:标准化数据之后利用标准化数据中欧氏距离方等价于pearson相关系数的原理计算pearsonr相关系数。参考 

https://www.zhihu.com/question/19734616

采用此方法后利用numpy进行运算:

def CorrelationPool(map_type = 'smooth'):
    
    with open('map_pool.pkl','rb') as handle:
        pool = np.array(pickle.load(handle), dtype = np.float64)
    
    # Z-score Normalization
    pool = scale(pool, axis = 1)
    
    l = pool.shape[0]
    print("There are "+str(l)+" cells in the pool!")
    correlation_pool = np.zeros(int(l*(l-1)/2), dtype = np.float64)

    t = 0
    for i in tqdm(range(l-1)):
        eu = np.sum((pool[0:l-i-1,:] - pool[i+1:l])**2, axis = 1)
        correlation_pool[t:t + l-i-1] = 1- eu / (2*pool.shape[1])
        t += l-i-1
    
    with open('CorrelaitonPool_'+map_type+'.pkl','wb') as f:
        pickle.dump(correlation_pool,f)

 时间缩短到不到3小时(受for循环结构的影响,循环会越来越快,当然受CPU的限制)

这在运算超过5亿结果的运算量下属于可以接受。

Origin绘制相关性热力图:零代码生成可发表级Correlation Plot 相关性热力图是多变量统计分析的基础可视化手段,用于直观揭示变量间线性或单调关联强度。其核心原理基于Pearson、Spearman等相关系数矩阵计算,通过颜色映射实现关系量化表达。该技术具备高可复现性、强结果一致性与期刊级输出能力,广泛应用于环境科学、农学、医学等领域的数据探索与论文图表制作。相比Python(如seaborn)或R(如corrplot)需配置环境、处理数据格式、调试渲染参数,Origin凭借原生集成的数据导入、一键矩阵计算、矢量热力图渲染及EMF/TIFF导出能力,显著降低使用门槛与出错概 阅读详情

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大宋黄药师
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