编写一个循环来选择变量值的所有组合，在 R 中生成正方程值

Posted 2023-03-31

【中文标题】编写一个循环来选择变量值的所有组合，在 R 中生成正方程值

【英文标题】：Write a loop to select all combination of variable values generating positive equation values in R

【发布时间】：2019-05-15 01:43:30

【问题描述】：

我有以下四个方程 (a,b,c,d)，有几个不同的变量 (x,t,v,w,n,f)。我的目标是尝试找到所有变量值集，这些变量值会为方程（a、b、c、d）生成所有正数（和非零数）。常规循环只会遍历生成的序列的每个数字，并系统地检查它是否生成正值。我希望它从每个序列中提取随机数，并与 R 中的其他序列进行测试。 例如 (x=8, t = 2.1,v=13,w=1,n=10,f=1) 是一组可能的组合。

请不要建议分析解决这些问题然后找出值。这些只是我正在处理的方程式的简单表示。我的方程非常复杂，有超过 15 个变量。

#Equations
a <- x * t - 2*x
b <- v - x^2 
c <- x - w*t - t*t 
d <- (n - f)/t

x <- seq(from = 0.0001, to = 1000, by = 0.1)
t <- seq(from = 0.0001, to = 1000, by = 0.1)
v <- seq(from = 0.0001, to = 1000, by = 0.1)
w <- seq(from = 0.0001, to = 1000, by = 0.1)
n <- seq(from = 0.0001, to = 1000, by = 0.1)
f <- seq(from = 0.0001, to = 1000, by = 0.1)

【参考方案1】：

首先，最好将方程式和探测值组织到列表中：

set.seed(1222)

values <- list(x = x, t = t, v = v, w = w, n = n, f = f)

eqs <- list(
  a = expression(x * t - 2 * x),
  b = expression(v - x^2), 
  c = expression(x - w*t - t*t), 
  d = expression((n - f)/t)
)

然后我们可以定义一些样本从每个探针向量中随机抽取：

samples <- 3
values.sampled <- lapply(values, sample, samples)

$x
[1] 642.3001 563.1001 221.3001

$t
[1] 583.9001 279.0001 749.1001

$v
[1] 446.6001 106.7001   0.7001

$w
[1] 636.0001 208.8001 525.5001

$n
[1] 559.8001  28.4001 239.0001

$f
[1] 640.4001 612.5001 790.1001

然后我们可以遍历每个存储的方程，在“采样”环境中评估方程：

results <- sapply(eqs, eval, envir = values.sampled)

            a          b         c          d
[1,] 373754.5 -412102.82 -711657.5 -0.1380373
[2,] 155978.8 -316975.02 -135533.2 -2.0935476
[3,] 165333.3  -48973.03 -954581.8 -0.7356827

您可以从那里删除任何小于等于 0 的值：

results[results <= 0] <- NA

【讨论】：

最后一点这行得通吗？ resultsfinal <- ifelse(results > 0, results, NULL)

我需要设置.seed，还是像我在问题中所做的那样指定值？

set.seed 只是为了让这个例子可以重现。它将使对sample 的调用始终返回相同的结果。在实践中，您可能不希望这样，但随着分析的完成，它会派上用场，以确保您始终获得相同的结果（即，用于发布）。

这有点令人困惑。没有设置种子，我认为计算机不理解“eval”在做什么。这是我的代码卡住了rextester.com/ZJRHQ60262

在您的链接代码中，您在主环境中创建了一个名为r 的变量，但不要将其复制到列表版本中。所以lapply 使用了r 的未采样副本，它的值太多。这使得results 成为一个列表，其中每个方程的结果具有不同数量的值，不能用索引替换（[ ]）。我的建议是直接在列表中使用seq，即list(a = seq(1, 10, 1)...。

【参考方案2】：

如果每个独立的值都可以取相同的值（例如seq(from = 0.0001, to = 1000, by = 0.1)），我们可以更严格地处理这个问题并避免产生重复的可能性。首先，我们创建一个masterFun，它本质上是您要定义的所有函数的包装器：

masterFun <- function(y) 
    ## y is a vector with 6 values
    ## y[1] -->> x
    ## y[2] -->> t
    ## y[3] -->> v
    ## y[4] -->> w
    ## y[5] -->> n
    ## y[6] -->> f

    fA <- function(x, t) x * t - 2*x
    fB <- function(v, x) v - x^2
    fC <- function(x, w, t) x - w*t - t*t
    fD <- function(n, f, t) (n - f)/t

    ## one can easily filter out negative
    ## results as @jdobres has done.

    c(a = fA(y[1], y[2]), b = fB(y[3], y[1]), 
      c = fC(y[1], y[4], y[2]), d = fD(y[5], y[6], y[2]))

现在，使用permuteSample，它能够生成向量的随机排列，然后将任何给定的用户定义函数应用于每个排列，来自RcppAlgos（我是作者），我们有：

## Not technically the domain, but this variable name
## is concise and very descriptive
domain <- seq(from = 0.0001, to = 1000, by = 0.1)

library(RcppAlgos)

          ## number of variables ... x, t, v, w, n, f
          ##           ||
          ##           \/
permuteSample(domain, m = 6, repetition = TRUE,
                 n = 3, seed = 123, FUN = masterFun)
[[1]]
            a              b              c              d 
218830.316100 -608541.146040 -310624.596670      -1.415869 

[[2]]
            a              b              c              d 
371023.322880 -482662.278860 -731052.643620       1.132836 

[[3]]
             a               b               c               d 
18512.60761001 -12521.71284001 -39722.27696002     -0.09118721

简而言之，底层算法能够生成 n^th lexicographical 结果，这允许我们将 1 to "# of total permutations" 的映射应用于排列本身.例如，给定向量1:3的排列：

permuteGeneral(3, 3)
     [,1] [,2] [,3]
[1,]    1    2    3
[2,]    1    3    2
[3,]    2    1    3
[4,]    2    3    1
[5,]    3    1    2
[6,]    3    2    1

我们可以很容易地生成上面的 2^nd 和 5^th 排列，而无需生成第一个排列或前四个排列：

permuteSample(3, 3, sampleVec = c(2, 5))
     [,1] [,2] [,3]
[1,]    1    3    2
[2,]    3    1    2

这使我们能够更可控、更切实地掌握随机样本，因为我们现在可以以更熟悉的方式（即随机数字样本）来思考它们。

如果您真的想查看上述计算中使用了哪些变量，我们只需删除FUN 参数：

permuteSample(domain, m = 6, repetition = TRUE, n = 3, seed = 123)
         [,1]     [,2]     [,3]     [,4]     [,5]     [,6]
[1,] 780.7001 282.3001 951.5001 820.8001 289.1001 688.8001
[2,] 694.8001 536.0001  84.9001 829.2001 757.3001 150.1001
[3,] 114.7001 163.4001 634.4001  80.4001 327.2001 342.1001