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Tengo un código con unas variables globales que son usadas por unas funciones definidas en la cabecera. Me gustaría separar las funciones y el main poniéndolos en dos archivos diferentes. El problema está en que al intentar pasar estas variables desde el main a una de las funciones, me da problemas.

El código original es éste:

# -*- coding: utf-8 -*-

#  == METHOD 2 ==
# Basic usage of optimize.leastsq
from scipy import optimize as opt
import numpy as np
import f02_graphs as grp

#method_2  = "leastsq"

def calc_R(xc, yc):
    """ Calculate the distance of each 2D points from the center (xc, yc) """
    return np.sqrt((x-xc)**2 + (y-yc)**2)


def f_2(c):
    """ Calculate the algebraic distance between the 2D points and the mean circle centered at c=(xc, yc) """
    Ri = calc_R(*c)
    return Ri - Ri.mean()

# Datos.  
x = [36, 36, 19, 18, 33, 26]
y = [14, 10, 28, 31, 18, 26]
basename = 'arc'

# Coordenadas del baricentro.
x_m = np.mean(x)
y_m = np.mean(y)
barycenter = x_m, y_m
# Aplicamos un algoritmo para aproximar el centro de la circunferencia.
circle_center, ier = opt.leastsq(f_2, barycenter)
xc, yc = circle_center

# Calculamos la distancia al centro de cada par x,y.
R_xy = calc_R(xc, yc)
# Calculamos el promedio de todoas las distancias de R_xy.
R_2 = R_xy.mean()

Mi versión en la que he separado el código en dos archivos es la siguiente:

main

from scipy import optimize as opt
import numpy as np
import f02_graphs as grp
import f08_adjustments as adj

x = [36, 36, 19, 18, 33, 26]
y = [14, 10, 28, 31, 18, 26]
basename = 'arc'



# Coordenadas del baricentro.
x_m = np.mean(x)
y_m = np.mean(y)
barycenter = x_m, y_m
# Aplicamos un algoritmo para aproximar el centro de la circunferencia.
circle_center, ier = opt.leastsq(adj.f_2, barycenter)
xc, yc = circle_center

# Calculamos la distancia al centro de cada par x,y.
R_xy = adj.calc_R(x, y, xc, yc)
# Calculamos el promedio de todoas las distancias de R_xy.
R_2 = R_xy.mean()

funciones

import numpy as np

def calc_R(x, y, xc, yc):

    radius = np.sqrt((x - xc)**2 + (y - yc)**2)

    return radius


def f_2(c):

    Ri = calc_R(*c)
    dist = Ri - Ri.mean()

    return dist

Entiendo que la función f_2 ha de pasar los valores x, y como parámetro, pero no sé cómo hacerlo porque en realidad es opt.leastsq quien llama a f_2.

¿Cómo puedo solucionar este problema?

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  • He buscado cómo funciona leastsq y se escapa por completo a mis conocimientos.
    – Zhisi
    el 21 may. 2018 a las 13:39

2 respuestas 2

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Planteamiento inicial, explicación

La función leastsq tiene como misión encontrar cierto par, llamémosle (xc,yc), que minimice el valor de de la suma de "errores" entre ese punto y otra serie de ellos, para lo cual necesita dos elementos:

  • Una función que calcule una lista de "errores" entre una serie de puntos y el punto que estamos buscando (xc, yc) (tu código usa f_2 como tal función)
  • Un valor inicial para el punto (xc, yc) (y para ello le pasamos barycenter)

La forma en que opera leastsq consiste en llamar a la función que le has pasado como primer parámetro (en nuestro caso f_2) pasándole como parámetro el valor del punto que buscamos, inicialmente barycenter. Espera que la función f_2 le retorne una lista de errores y con ella calcula la suma de los cuadrados y estima en qué dirección debe mover el punto inicial para disminuir esa suma. Vuelve a llamar a f_2 con el nuevo valor del punto y obtiene una nueva lista de errores, y así sucesivamente, hasta que considere que ya ha encontrado el punto en que la suma de errores (cuadrática) es mínima. Eso será lo que retorne como primer resultado, que tu código guarda en circle_center.

Como ves, la función f_2 es llamada múltiples veces, pero cada vez que se le llama se le pasa un solo parámetro: el punto que en ese momento se está considerando como candidato. Para calcular la lista de errores, lo que hace la función es:

def f_2(c):
    Ri = calc_R(*c)
    dist = Ri - Ri.mean()
    return dist

c es el punto candidato. Lo primero que hace con él es invocar calc_R(*c), lo que "desempaqueta" la tupla c en sus dos componentes, y pasa estos dos componentes a la función calc_R(), la cual recibe por tanto dos parámetros: las coordenadas x e y del punto candidato.

Lo que hace calc_R() es calcular la distancia de ese "supuesto centro" a cada uno de los puntos que se están considerando, y retorna un vector con esas distancias. La función f_2 entonces resta a cada una de esas distancias el promedio de ellas y retorna la lista de resultados. Esa lista serán los errores que leastsq tratará de minimizar, a base de ir moviendo el candidato a centro de la circunferencia en la dirección apropiada.

Ahora bien, vemos que calc_R() necesita conocer, además del "candidato", el resto de puntos del problema. En lugar de recibirlos como parámetro, los toma de variables globales.

El problema

No queremos eso. Queremos pasárselos como parámetro a calc_R(), pero quien está llamando a calc_R() es f_2(), luego sería f_2() quien se los tiene que pasar. Pero para ello f_2() tendría que recibirlos como parámetro también y.. ¿quién está llamando a f_2()? Pues resulta que es leastsq, por lo que necesitamos alguna forma de "inyectar" esos parámetros en la llamada que leastsq hace a f_2(), pues ya hemos visto que por defecto sólo le pasará un parámetro: el "candidato a centro"

Tenemos dos posibles soluciones:

  • Usar el parámetro args de leastsq
  • Usar functools.partial()

Usando args

A través de este parámetro se le puede especificar a leastsq qué parámetros adicionales queremos que le pase a f_2() cuando la invoque (además del punto candidato a centro, que ese se lo pasará de todas formas). Estos parámetros extra los pasaría después del punto candidato.

Así pues invocaríamos leastsq en la forma siguiente:

circle_center, ier = opt.leastsq(f_2, barycenter, args=(x, y))

Además de esto, naturalmente, tenemos que reescribir f_2() para que efectivamente recoja estos parámetros y se los pase a calc_R(), así:

def f_2(c, x, y):
    """ Calculate the algebraic distance between the 2D points and the mean circle centered at c=(xc, yc) """
    Ri = calc_R(x, y, *c)
    return Ri - Ri.mean()

Y finalmente calc_R() quedaría así:

def calc_R(x, y, xc, yc):
    """ Calculate the distance of each 2D points from the center (xc, yc) """
    return np.sqrt((x-xc)**2 + (y-yc)**2)

(Observa que al ser x e y listas, se está computando en realidad una operación vectorial, que retornará otra lista)

Usando functools.partial()

Este enfoque usa programación funcional para construir una nueva función a partir de otra dada.

Supón que tenemos esta función que recibe tres parámetros (observa que en este caso los dos primeros son x e y, en lugar de ser los dos últimos):

def f_2(x,y,c):
    """ Calculate the algebraic distance between the 2D points and the mean circle centered at c=(xc, yc) """
    print(c)
    Ri = calc_R(x,y,*c)
    return Ri - Ri.mean()

Y supón también que leastsq no tuviera el parámetro args, sino que a la función a la que llama, le pasará siempre un sólo parámetro (c).

En este caso necesitaríamos una función que reciba un solo parámetro (c) pero que internamente llamara a f_2 pasándole los tres parámetros (x, y, c). Esto es lo que functools.partial nos permite construir. La expresión siguiente:

import functools
f = functools.partial(f_2, x, y)

hace justamente eso. Crea una función f a la que podrías llamar así: f(resto_de_parámetros) y que internamente llamará a f_2(x,y, resto_de_parámetros).

Por tanto con este enfoque tendríamos:

# Aplicamos un algoritmo para aproximar el centro de la circunferencia.
circle_center, ier = opt.leastsq(functools.partial(f_2, x, y), barycenter)
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  • Teniendo en cuenta que es necesario hacer sucesivas llamadas ¿Cuál de las dos soluciones es más eficiente?
    – Zhisi
    el 22 may. 2018 a las 7:40
  • 1
    @Zhisi Posiblemente la que usa args, ya que la otra implica un nivel más de indirección a la hora de invocar la función (ya que, aunque la sintaxis lo haga transparente, cuando leastsq llame a f_2, en realidad estará llamando a un "envoltorio" construído por functools.partial, que a su vez llama a f_2 pasándole los parámetros extra)
    – abulafia
    el 22 may. 2018 a las 7:52
1

Revisando la documentación de leastsq puedes ver que tiene un parámetro args el cual tiene la siguiente documentación:

args : tuple, optional Any extra arguments to func are placed in this tuple.

Es decir, cualquier parámetro adicional de la función se debería indicar por medio de una tupla en este parámetro. En tu caso debería ser algo así:

circle_center, ier = opt.leastsq(adj.f_2, barycenter, args=(x, y, xc, yc))

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