关于python:在创建指数平滑权重时处理浮点不精确性

Handling floating point imprecision in creating exponential smoothing weights

我想从此处创建一个如公式(7.2)所示的指数平滑权重数组。我知道递归定义,但需要实际权重。我想出了以下简单的实现方法:

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import numpy as np

def create_weights(n, alpha = 1.0):
    wghts = alpha*(1-alpha)**np.arange(n)
    return wghts

权重之和应为1.0,但是,如该测试所示,较小的alpha并非如此,我猜是由于浮点数引起的:

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np.set_printoptions(precision=3)
for alpha in np.arange(1.0, 0.0, -0.1):
    print("%.3f, %s, %.3f" % (alpha, create_weights(5, alpha) , create_weights(5, alpha).sum()))

Out:
1.000, [1. 0. 0. 0. 0.], 1.000
0.900, [9.e-01 9.e-02 9.e-03 9.e-04 9.e-05], 1.000
0.800, [0.8   0.16  0.032 0.006 0.001], 1.000
0.700, [0.7   0.21  0.063 0.019 0.006], 0.998
0.600, [0.6   0.24  0.096 0.038 0.015], 0.990
0.500, [0.5   0.25  0.125 0.062 0.031], 0.969
0.400, [0.4   0.24  0.144 0.086 0.052], 0.922
0.300, [0.3   0.21  0.147 0.103 0.072], 0.832
0.200, [0.2   0.16  0.128 0.102 0.082], 0.672
0.100, [0.1   0.09  0.081 0.073 0.066], 0.410

类似于这里的解决方案,我可以简单地对其进行"规范化",以再次扩大规模:

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def create_weights(n, alpha = 1.0):
    wghts = alpha*(1-alpha)**np.arange(n)
    wghts /= wghts.sum()
    return wghts

结果为:

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1.000, [1. 0. 0. 0. 0.], 1.000
0.900, [9.e-01 9.e-02 9.e-03 9.e-04 9.e-05], 1.000
0.800, [0.8   0.16  0.032 0.006 0.001], 1.000
0.700, [0.702 0.211 0.063 0.019 0.006], 1.000
0.600, [0.606 0.242 0.097 0.039 0.016], 1.000
0.500, [0.516 0.258 0.129 0.065 0.032], 1.000
0.400, [0.434 0.26  0.156 0.094 0.056], 1.000
0.300, [0.361 0.252 0.177 0.124 0.087], 1.000
0.200, [0.297 0.238 0.19  0.152 0.122], 1.000
0.100, [0.244 0.22  0.198 0.178 0.16 ], 1.000

现在总和为1.0,但对于较小的alpha而言,其第一权重与预期值相差太大(预期与alpha相同)。

是否存在另一种实现权重属性的方法,将权重加到1.0(-小误差),而第一个权重为alpha(-小误差)?


这与浮点精度无关。即使使用无限精度实数运算,您生成的数组也不会加到1。类似地生成的一个无限数列的总和为1,但您的数组在5个元素处停止而不是永远持续下去。

简单的指数平滑不会任意停止在5个元素上。过去,对足够远的元素应用权重是很合理的,因为它们的权重很小,但是如果不进行归一化,则在每个alpha处停止为5会产生不合理的结果。