我觉得使用瓶颈可以很好地解决这个问题

参见下面的基本示例:

import numpy as np
import bottleneck as bn

a = np.random.randint(4, 1000, size=100)
mm = bn.move_mean(a, window=5, min_count=1)

“mm”是“a”的移动平均值。 “窗口”是考虑移动均值的最大条目数。 "min_count"是考虑移动平均值的最小条目数(例如，对于前几个元素或如果数组有nan值)。

好在瓶颈有助于处理nan值，而且非常高效。

更新:已经提出了更有效的解决方案，scipy的uniform_filter1d可能是“标准”第三方库中最好的，还有一些更新的或专门的库可用。

你可以用np。卷积得到:

np.convolve(x, np.ones(N)/N, mode='valid')

解释

The running mean is a case of the mathematical operation of convolution. For the running mean, you slide a window along the input and compute the mean of the window's contents. For discrete 1D signals, convolution is the same thing, except instead of the mean you compute an arbitrary linear combination, i.e., multiply each element by a corresponding coefficient and add up the results. Those coefficients, one for each position in the window, are sometimes called the convolution kernel. The arithmetic mean of N values is (x_1 + x_2 + ... + x_N) / N, so the corresponding kernel is (1/N, 1/N, ..., 1/N), and that's exactly what we get by using np.ones(N)/N.

边缘

np的模态参数。Convolve指定如何处理边缘。我在这里选择有效模式，因为我认为这是大多数人期望的运行方式，但您可能有其他优先级。下面是一个图表，说明了模式之间的差异:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
modes = ['full', 'same', 'valid']
for m in modes:
    plt.plot(np.convolve(np.ones(200), np.ones(50)/50, mode=m));
plt.axis([-10, 251, -.1, 1.1]);
plt.legend(modes, loc='lower center');
plt.show()

你可以用以下方法计算运行平均值:

import numpy as np

def runningMean(x, N):
    y = np.zeros((len(x),))
    for ctr in range(len(x)):
         y[ctr] = np.sum(x[ctr:(ctr+N)])
    return y/N

但是速度很慢。

幸运的是，numpy包含一个卷积函数，我们可以用它来加快速度。运行均值相当于将x与一个长度为N的向量进行卷积，其中所有元素都等于1/N。卷积的numpy实现包括起始瞬态，所以你必须删除前N-1点:

def runningMeanFast(x, N):
    return np.convolve(x, np.ones((N,))/N)[(N-1):]

在我的机器上，快速版本要快20-30倍，这取决于输入向量的长度和平均窗口的大小。

请注意，卷积确实包括一个“相同”模式，它似乎应该解决开始的瞬态问题，但它在开始和结束之间分割。

高效的解决方案

卷积比直接的方法好得多，但(我猜)它使用FFT，因此相当慢。但是，下面的方法特别适用于计算运行平均值

def running_mean(x, N):
    cumsum = numpy.cumsum(numpy.insert(x, 0, 0)) 
    return (cumsum[N:] - cumsum[:-N]) / float(N)

要检查的代码

In[3]: x = numpy.random.random(100000)
In[4]: N = 1000
In[5]: %timeit result1 = numpy.convolve(x, numpy.ones((N,))/N, mode='valid')
10 loops, best of 3: 41.4 ms per loop
In[6]: %timeit result2 = running_mean(x, N)
1000 loops, best of 3: 1.04 ms per loop

注意numpy。allclose(result1, result2)为True，两个方法等价。 N越大，时间差异越大。

警告:虽然cumsum更快，但会增加浮点错误，这可能导致您的结果无效/不正确/不可接受

这里的评论指出了这个浮点错误问题，但我在回答中让它更明显。

# demonstrate loss of precision with only 100,000 points
np.random.seed(42)
x = np.random.randn(100000)+1e6
y1 = running_mean_convolve(x, 10)
y2 = running_mean_cumsum(x, 10)
assert np.allclose(y1, y2, rtol=1e-12, atol=0)

the more points you accumulate over the greater the floating point error (so 1e5 points is noticable, 1e6 points is more significant, more than 1e6 and you may want to resetting the accumulators) you can cheat by using np.longdouble but your floating point error still will get significant for relatively large number of points (around >1e5 but depends on your data) you can plot the error and see it increasing relatively fast the convolve solution is slower but does not have this floating point loss of precision the uniform_filter1d solution is faster than this cumsum solution AND does not have this floating point loss of precision

Python标准库解决方案

这个生成器函数接受一个可迭代对象和一个窗口大小为N的值，并生成窗口内当前值的平均值。它使用了deque，这是一种类似于列表的数据结构，但针对在两端进行快速修改(弹出、追加)进行了优化。

from collections import deque
from itertools import islice

def sliding_avg(iterable, N):        
    it = iter(iterable)
    window = deque(islice(it, N))        
    num_vals = len(window)

    if num_vals < N:
        msg = 'window size {} exceeds total number of values {}'
        raise ValueError(msg.format(N, num_vals))

    N = float(N) # force floating point division if using Python 2
    s = sum(window)
    
    while True:
        yield s/N
        try:
            nxt = next(it)
        except StopIteration:
            break
        s = s - window.popleft() + nxt
        window.append(nxt)
        

下面是函数的运行情况:

>>> values = range(100)
>>> N = 5
>>> window_avg = sliding_avg(values, N)
>>> 
>>> next(window_avg) # (0 + 1 + 2 + 3 + 4)/5
>>> 2.0
>>> next(window_avg) # (1 + 2 + 3 + 4 + 5)/5
>>> 3.0
>>> next(window_avg) # (2 + 3 + 4 + 5 + 6)/5
>>> 4.0

上述所有的解决方案都很差，因为它们缺乏

由于本机python而不是numpy向量化实现， 数值稳定性，由于numpy使用不当。cumsum或 由于O(len(x) * w)实现为卷积的速度。

鉴于

import numpy
m = 10000
x = numpy.random.rand(m)
w = 1000

注意x_[:w].sum()等于x[:w-1].sum()。因此，对于第一个平均值，numpy.cumsum(…)加上x[w] / w(通过x_[w+1] / w)，并减去0(从x_[0] / w)。结果是x[0:w].mean()

通过cumsum，您将通过添加x[w+1] / w并减去x[0] / w来更新第二个平均值，从而得到x[1:w+1].mean()。

这将一直进行，直到到达x[-w:].mean()。

x_ = numpy.insert(x, 0, 0)
sliding_average = x_[:w].sum() / w + numpy.cumsum(x_[w:] - x_[:-w]) / w

这个解是向量化的，O(m)，可读且数值稳定。