Apache Spark：指数移动平均线

Posted 2023-04-13

【中文标题】Apache Spark：指数移动平均线

【英文标题】：Apache Spark: Exponential Moving Average

【发布时间】：2015-11-27 14:15:53

【问题描述】：

我正在使用 Spark/Scala 编写一个应用程序，我需要在其中计算一列的指数移动平均值。

EMA_t = (price_t * 0.4) + (EMA_t-1 * 0.6)

我面临的问题是我需要同一列的先前计算的值（EMA_t-1）。通过 mysql，这可以通过使用 MODEL 或通过创建一个 EMA 列来实现，然后您可以更新每行的行，但我已经尝试过了，并且既不能使用 Spark SQL 也不能使用 Hive 上下文......有什么办法我可以访问这个 EMA_t-1？

我的数据如下所示：

timestamp price    
15:31 132.3 
15:32 132.48 
15:33 132.76 
15:34 132.66
15:35 132.71 
15:36 132.52
15:37 132.63
15:38 132.575
15:39 132.57

所以我需要添加一个新列，其中我的第一个值只是第一行的价格，然后我需要使用以前的值：EMA_t = (price_t * 0.4) + (EMA_t-1 * 0.6)计算该列中的以下行。 我的 EMA 列必须是：

EMA
132.3
132.372
132.5272
132.58032
132.632192
132.5873152
132.6043891
132.5926335
132.5835801

我目前正在尝试使用 Spark SQL 和 Hive 来实现它，但如果可以以其他方式实现它，这将同样受欢迎！我也想知道如何使用 Spark Streaming 做到这一点。我的数据在数据框中，我使用的是 Spark 1.4.1。

非常感谢您提供的任何帮助！

【问题讨论】：

我认为您的用例不太适合大数据环境，因为它的功能是并行处理数据，而您的用例不允许这样做...您有多少记录有吗？

@mark91 每个数据集大约有 100 000 行，需要分析大约 100 个数据集。我需要计算这个的原因是我需要这个作为输入来计算一个特征。我需要使用这些功能来训练带有随机森林的模型。我的模型必须根据几个特征的值来预测价格是上涨还是下跌。我还需要在未来实现这一点。

那么在我看来，最好的选择是分配数据，例如每个数据集都在一个分区中（每个分区都包含一个数据集），然后您独立处理每个分区..

【参考方案1】：

回答你的问题：

我面临的问题是我需要同一列的先前计算的值（EMA_t-1）

我认为你需要两个函数：Window 和 Lag。 （为方便计算 EMA 时，我还将 null 值设为零）

my_window = Window.orderBy("timestamp")

df.withColumn("price_lag_1",when(lag(col("price"),1).over(my_window).isNull,lit(0)).otherwise(lag(col("price"),1).over(my_window)))

我也是 Spark Scala 的新手，我想看看我是否可以定义一个 UDF 来做指数平均。但是现在一个明显的走动将是手动添加所有滞后列（ 0.4 * lag0 + 0.4*0.6*lag1 + 0.4 * 0.6^2*lag2 ...）这样的事情

df.withColumn("ema_price", 
price * lit(0.4) * Math.pow(0.6,0) + 
lag(col("price"),1).over(my_window) * 0.4 * Math.pow(0.6,1) +
lag(col("price"),2).over(my_window) * 0.4 * Math.pow(0.6,2)  + .... )

我忽略了 when.otherwise 以使其更清楚。现在这个方法对我有用..

----更新----

def emaFunc (y: org.apache.spark.sql.Column, group: org.apache.spark.sql.Column, order: org.apache.spark.sql.Column, beta: Double, lookBack: Int) : org.apache.spark.sql.Column = 
  val ema_window = Window.partitionBy(group).orderBy(order)
  var i = 1
  var result = y
  while (i < lookBack)
    result =  result + lit(1) * ( when(lag(y,i).over(ema_window).isNull,lit(0)).otherwise(lag(y,i).over(ema_window)) * beta * Math.pow((1-beta),i) 
    - when(lag(y,i).over(ema_window).isNull,lit(0)).otherwise(y * beta * Math.pow((1-beta),i))   )
    i = i + 1
  
  return result  

通过使用这个函数，你应该能够得到类似价格的 EMA..

df.withColumn("one",lit(1))
  .withColumn("ema_price", emaFunc('price,'one,'timestamp,0.1,10)

这将回顾 10 天并计算 beta=0.1 的估计 EMA。 “一”列只是一个占位符，因为您没有分组列。

【讨论】：

能否告诉我如何计算 beta 为 0.1 的计算方法。我正在尝试上面的代码并找到 EMA 10 的值。我没有得到正确的值，所以我想我需要更改 beta 值，所以你能帮我计算 beta 0.1 吗？

Beta 就像一个衰减因子。它是参数。您设置测试版取决于您对今天的关注程度与您对历史的关注程度。 @M

如果我不使用这个 beta 参数怎么办？因为我没有得到我想要的？

@MaheshGupta 我猜这个公式需要你设置 beta(en.wikipedia.org/wiki/Moving_average#Exponential_moving_average)，或者你可以多谈谈你到底想要什么？

【参考方案2】：

您应该可以使用 1.4 中引入的 Spark 窗口函数来执行此操作：https://databricks.com/blog/2015/07/15/introducing-window-functions-in-spark-sql.html

w = Window().partitionBy().orderBy(col("timestamp")) df.select("*", lag("price").over(w).alias("ema"))

这将为您选择最后的价格，以便您对其进行计算