下面是一个使用numba的快速实现(注意类型)。注意它确实包含移位的nan。

import numpy as np
import numba as nb

@nb.jit(nb.float64[:](nb.float64[:],nb.int64),
        fastmath=True,nopython=True)
def moving_average( array, window ):    
    ret = np.cumsum(array)
    ret[window:] = ret[window:] - ret[:-window]
    ma = ret[window - 1:] / window
    n = np.empty(window-1); n.fill(np.nan)
    return np.concatenate((n.ravel(), ma.ravel())) 

实际上，我想要一个稍微不同于公认答案的行为。我正在为sklearn管道构建一个移动平均特征提取器，因此我要求移动平均的输出与输入具有相同的维数。我想要的是让移动平均假设级数保持不变，即[1,2,3,4,5]与窗口2的移动平均将得到[1.5,2.5,3.5,4.5,5.0]。

对于列向量(我的用例)我们得到

def moving_average_col(X, n):
  z2 = np.cumsum(np.pad(X, ((n,0),(0,0)), 'constant', constant_values=0), axis=0)
  z1 = np.cumsum(np.pad(X, ((0,n),(0,0)), 'constant', constant_values=X[-1]), axis=0)
  return (z1-z2)[(n-1):-1]/n

对于数组

def moving_average_array(X, n):
  z2 = np.cumsum(np.pad(X, (n,0), 'constant', constant_values=0))
  z1 = np.cumsum(np.pad(X, (0,n), 'constant', constant_values=X[-1]))
  return (z1-z2)[(n-1):-1]/n

当然，不必假设填充值为常数，但在大多数情况下这样做应该足够了。

实现这一点的一个简单方法是使用np.卷积。 这背后的思想是利用离散卷积的计算方式，并使用它来返回滚动平均值。这可以通过与np序列进行卷积来实现。长度等于我们想要的滑动窗口长度。

为了做到这一点，我们可以定义以下函数:

def moving_average(x, w):
    return np.convolve(x, np.ones(w), 'valid') / w

该函数将对序列x和长度为w的序列进行卷积。注意，所选模式是有效的，因此卷积积只对序列完全重叠的点给出。

一些例子:

x = np.array([5,3,8,10,2,1,5,1,0,2])

对于窗口长度为2的移动平均线，我们有:

moving_average(x, 2)
# array([4. , 5.5, 9. , 6. , 1.5, 3. , 3. , 0.5, 1. ])

对于长度为4的窗口:

moving_average(x, 4)
# array([6.5 , 5.75, 5.25, 4.5 , 2.25, 1.75, 2.  ])

卷积是怎么工作的?

让我们更深入地看看离散卷积是如何计算的。 下面的函数旨在复制np。卷积计算输出值:

def mov_avg(x, w):
    for m in range(len(x)-(w-1)):
        yield sum(np.ones(w) * x[m:m+w]) / w 

对于上面的同一个例子，也会得到:

list(mov_avg(x, 2))
# [4.0, 5.5, 9.0, 6.0, 1.5, 3.0, 3.0, 0.5, 1.0]

所以每一步要做的就是求1数组和当前窗口之间的内积。在这种情况下，乘以np.ones(w)是多余的，因为我们直接取序列的和。

下面是一个计算第一个输出的例子，这样会更清楚一些。假设我们想要一个w=4的窗口:

[1,1,1,1]
[5,3,8,10,2,1,5,1,0,2]
= (1*5 + 1*3 + 1*8 + 1*10) / w = 6.5

下面的输出将被计算为:

  [1,1,1,1]
[5,3,8,10,2,1,5,1,0,2]
= (1*3 + 1*8 + 1*10 + 1*2) / w = 5.75

依此类推，在所有重叠完成后返回序列的移动平均值。

如果你已经有一个已知大小的数组

import numpy as np                                         
M=np.arange(12)
                                                               
avg=[]                                                         
i=0
while i<len(M)-2: #for n point average len(M) - (n-1)
        avg.append((M[i]+M[i+1]+M[i+2])/3) #n is denominator                       
        i+=1     
                                                                                                    
print(avg)

所有的答案似乎都集中在预先计算的列表的情况下。对于实际运行的用例，数字一个接一个地进来，这里有一个简单的类，它提供了对最后N个值求平均的服务:

import numpy as np
class RunningAverage():
    def __init__(self, stack_size):
        self.stack = [0 for _ in range(stack_size)]
        self.ptr = 0
        self.full_cycle = False
    def add(self,value):
        self.stack[self.ptr] = value
        self.ptr += 1
        if self.ptr == len(self.stack):
            self.full_cycle = True
            self.ptr = 0
    def get_avg(self):
        if self.full_cycle:
            return np.mean(self.stack)
        else:
            return np.mean(self.stack[:self.ptr])

用法:

N = 50  # size of the averaging window
run_avg = RunningAverage(N)
for i in range(1000):
    value = <my computation>
    run_avg.add(value)
    if i % 20 ==0: # print once in 20 iters:
        print(f'the average value is {run_avg.get_avg()}')

下面是一个使用numba的快速实现(注意类型)。注意它确实包含移位的nan。

import numpy as np
import numba as nb

@nb.jit(nb.float64[:](nb.float64[:],nb.int64),
        fastmath=True,nopython=True)
def moving_average( array, window ):    
    ret = np.cumsum(array)
    ret[window:] = ret[window:] - ret[:-window]
    ma = ret[window - 1:] / window
    n = np.empty(window-1); n.fill(np.nan)
    return np.concatenate((n.ravel(), ma.ravel()))