使用一个衬里而不是 for 循环对 Python 中的字典中的字典中的选定元素求和

Question

我使用了下面的字典理解

dimer = {(ab+cd):{"1":0,"2":0,"3":0} for cd in 'ACGT' for ab in 'ACGT'}

生成一个dict of dicts,dimer:

dimer = {"AA":{"1":0,"2":0,"3":0}, "AC":{"1":0,"2":0,"3":0}, "AG":{"1":0,"2":0,"3":0}, "AT":{"1":0,"2":0,"3":0}, "CA":{"1":0,"2":0,"3":0}, "CC":{"1":0,"2":0,"3":0}, "CG":{"1":0,"2":0,"3":0}, "CT":{"1":0,"2":0,"3":0}, "GA":{"1":0,"2":0,"3":0}, "GC":{"1":0,"2":0,"3":0}, "GG":{"1":0,"2":0,"3":0}, "GT":{"1":0,"2":0,"3":0}, "TA":{"1":0,"2":0,"3":0}, "TC":{"1":0,"2":0,"3":0}, "TT":{"1":0,"2":0,"3":0}, "TG":{"1":0,"2":0,"3":0}}

不过，现在我想对所选元素进行总结，

如果我将它们硬编码出来，就像

total_A = dimer["AA"]["1"]+dimer["CA"]["1"]+dimer["GA"]["1"]+dimer["TA"]["1"]+dimer["AA"]["2"]+dimer["CA"]["2"]+dimer["GA"]["2"]+dimer["TA"]["2"]+dimer["AA"]["3"]+dimer["CA"]["3"]+dimer["GA"]["3"]+dimer["TA"]["3"]
total_C = dimer["AC"]["1"]+dimer["CC"]["1"]+dimer["GC"]["1"]+dimer["TC"]["1"]+dimer["AC"]["2"]+dimer["CC"]["2"]+dimer["GC"]["2"]+dimer["TC"]["2"]+dimer["AC"]["3"]+dimer["CC"]["3"]+dimer["GC"]["3"]+dimer["TC"]["3"]
total_G = dimer["AG"]["1"]+dimer["CG"]["1"]+dimer["GG"]["1"]+dimer["TG"]["1"]+dimer["AG"]["2"]+dimer["CG"]["2"]+dimer["GG"]["2"]+dimer["TG"]["2"]+dimer["AG"]["3"]+dimer["CG"]["3"]+dimer["GG"]["3"]+dimer["TG"]["3"]
total_T = dimer["AT"]["1"]+dimer["CT"]["1"]+dimer["GT"]["1"]+dimer["TT"]["1"]+dimer["AT"]["2"]+dimer["CT"]["2"]+dimer["GT"]["2"]+dimer["TT"]["2"]+dimer["AT"]["3"]+dimer["CT"]["3"]+dimer["GT"]["3"]+dimer["TT"]["3"]

我想出的最好的简化方法是使用嵌套的 for 循环：

total_0 = {i:0 for i in 'ACGT'}   
for i in 'ACGT':    
    for j in 'ACGT':
        for k in '123':
            total_0[i] += dimer[j+i][k]

我想知道有没有什么方法可以用一根线来总结它们？

我还有另一个嵌套的 for 循环：

row_sum = {i:{"1":0,"2":0,"3":0} for i in 'ACGT'}   
for i in 'ACGT':    
    for j in 'ACGT':
        for k in '123': 
            row_sum[i][k] += float(dimer[i+j][k])

硬编码版本如下：

row_sum = {"A":{"1":0,"2":0,"3":0},"C":{"1":0,"2":0,"3":0},"G":{"G":0,"2":0,"3":0},"T":{"1":0,"2":0,"3":0}} 
for i in range(1,4,1): 
    row_sum["A"][str(i)] = float(dimer["AA"][str(i)]+dimer["AC"][str(i)]+dimer["AG"][str(i)]+dimer["AT"][str(i)])
    row_sum["C"][str(i)] = float(dimer["CA"][str(i)]+dimer["CC"][str(i)]+dimer["CG"][str(i)]+dimer["CT"][str(i)])
    row_sum["G"][str(i)] = float(dimer["GA"][str(i)]+dimer["GC"][str(i)]+dimer["GG"][str(i)]+dimer["GT"][str(i)])
    row_sum["T"][str(i)] = float(dimer["TA"][str(i)]+dimer["TC"][str(i)]+dimer["TG"][str(i)]+dimer["TT"][str(i)])

我也想知道是否有任何方法可以使用一个衬里来总结第二个嵌套的for循环？

抱歉，我是 Python 的新手。任何帮助将不胜感激！

Answer 1

首先，您可以使用像这样的笛卡尔积将 3 个循环合并为一个循环。

from itertool import product
row_sum = {i: {"1": 0, "2": 0, "3": 0} for i in NT}   
for i, j, k in product('ACGT', 'ACGT', '123'):    
    row_sum[i][k] += float(dimer[i + j][k])

这是单行本，但如果您是 Python

的新手，可能很难理解

{i: sum(sum(dimer[i + j].values()) for j in 'ACGT') for i in 'ACGT'}

Answer 2

我不知道这将如何与您的程序的其余部分相结合，但可能值得切换到不同的数据结构。如果您将二聚体集合表示为单个 numpy 整数数组，您将拥有单行代码，并且还会看到大幅加速。例如，您的二聚体可以这样表示：

import numpy as np
dimer = np.zeros((4,4,3),dtype=int)

这里第一个索引中的0,1,2,3表示二聚体中的第一个元素是否为A,C,G,T，第二个索引同理，而第三个索引包含三种不同的情况您标记为“1”、“2”或“3”。所以你的 dimer["AG"]["1"] 在这里会是 dimer[0,2,0] （因为 numpy 从零开始计数）。

使用这样的结构的好处是

如果您的数据集变大（例如，如果每个二聚体有 300000 个元素而不是 3 个元素），它会更快并且内存效率更高。
有很多函数可用于操作 numpy 数组。例如，np.sum(dimer,2) 会给出每个二聚体的元素总数。

您想要的汇总统计数据可以计算为：

total_0 = np.sum(dimer, (0,2))
row_sum = np.sum(dimer, 1)

作为速度差异的说明，对于您的问题大小，使用 for 循环的 dict 方法需要 20 微秒来计算 total_0，而 numpy 总和需要 5.7微秒。对于一个大 1000 倍的问题，其中每个二聚体有 3000 个成员，dict 方法需要 22 毫秒，而 numpy 需要 31 微秒。对于一个大 1,000,000 倍的问题，dict 需要 24.5 秒，而 numpy 需要 24.3 毫秒。所以对于大问题，numpy 比使用字典快 1000 倍。

使用一个衬里而不是 for 循环对 Python 中的字典中的字典中的选定元素求和

Sum selected elements in dict of dicts in Python using one liner instead of for-loop

python

dictionary

for-loop

simplify

nested-loops