from warnings import warn as avisar
import numpy as np
from scipy.optimize import minimize
from tinamit.calibs._utils import eval_funcs
from tinamit.calibs.ec import CalibradorEc
from tinamit.config import _
from tinamit.geog.región import Lugar
[docs]class CalibradorEcOpt(CalibradorEc):
"""
Calibrador de ecuaciones con algoritmo de optimización.
"""
def __init__(símismo, ec, paráms, nombre=None, dialecto='tinamït'):
super().__init__(ec, paráms, nombre=nombre, dialecto=dialecto)
símismo.f_python = símismo.ec.a_python(paráms=símismo.paráms)
[docs] def calibrar(símismo, bd, lugar=None, líms_paráms=None, ops=None, corresp_vars=None, ord_niveles=None):
"""
Efectua una calibración para cada lugar en ``Lugar`` según los datos en ``bd``.
Parameters
----------
bd: BD
La base de datos con observaciones para los variables en la ecuación.
lugar: Lugar
El lugar cuyos sublugares hay que calibrar; si es ``None`` se calibrará la ecuación con todos
los datos en ``bd`` sin tener su lugar en cuenta.
líms_paráms: list
Límites teoréticos para los parámetros.
ops: dict
Opciones que se pasarán directamente a la función de calibración.
corresp_vars: dict
Diccionario de correspondencia entre los nombres de los variables en ``bd`` y sus nombres en la ecuación.
ord_niveles: list
Desambiguación del orden de niveles.
Returns
-------
dict
Diccionario con las calibraciones de cada lugar.
"""
ops = ops or {}
líms_paráms = símismo._gen_líms_paráms(líms_paráms)
# Leer los variables de la ecuación.
vars_x, var_y = símismo._extraer_vars()
# Todas las observaciones
obs = símismo._obt_datos(bd, vars_interés=vars_x + [var_y], corresp_vars=corresp_vars)
# Calibrar según la situación
if lugar is None:
# Si no hay lugares, optimizar de una vez con todas las observaciones.
return _optimizar(símismo.f_python, líms_paráms=líms_paráms, obs_x=obs[vars_x], obs_y=obs[var_y], **ops)
# Si hay lugares...
# Una función recursiva para calibrar según la jerarquía
def _calibrar_jerárchico_manual(lug, clbs):
"""
Una función recursiva que permite calibrar en una jerarquía, tomando optimizaciones de niveles más
altos si no consigue datos para niveles más bajos.
Parameters
----------
lug: Lugar
El lugar en cual calibrar.
clbs: dict
El diccionario de los resultados de la calibración. (Parámetro recursivo.)
"""
# Sino, tomar los datos de esta región únicamente.
obs_lg = obs.where(obs['lugar'].isin([x.cód for x in lug.lugares()]), drop=True)
# Intentar sacar información del nivel superior en la jerarquía
if obs_lg.sizes['n']:
def _buscar_inic_pariente(hj):
pariente = lugar.pariente(hj, ord_niveles=ord_niveles) # El nivel inmediatamente superior
if pariente is None:
return
elif pariente.cód in clbs:
# Tomar la calibración superior como punto inicial para facilitar la búsqueda
return [clbs[pariente.cód][p]['cumbre'] for p in símismo.paráms]
else:
return _buscar_inic_pariente(pariente)
inic = _buscar_inic_pariente(lug)
resultados[lug.cód] = _optimizar(
símismo.f_python, líms_paráms=líms_paráms,
obs_x=obs_lg[vars_x], obs_y=obs_lg[var_y], inic=inic, **ops
)
for sub in lug.hijos_inmediatos(ord_niveles):
_calibrar_jerárchico_manual(lug=sub, clbs=clbs)
# Calibrar para cada lugar
resultados = {}
_calibrar_jerárchico_manual(lug=lugar, clbs=resultados)
return resultados
def _optimizar(func, líms_paráms, obs_x, obs_y, inic=None, **ops):
"""
Optimiza una función basándose en observaciones.
Parameters
----------
func: Callable
La función para optimizar.
líms_paráms: dict[str, tuple]
Un diccionario de los parámetros y de sus límites.
obs_x: pd.DataFrame
Las observaciones de los variables x.
obs_y: pd.Series | np.array
Las observaciones correspondientes del variable y.
inic: list | np.array
Los valores iniciales para la optimización.
ops: dict
Opciones para pasar a la función de optimización.
Returns
-------
dict
Los parámetros optimizados.
"""
# Leer el método de ajusto.
try:
med_ajusto = ops.pop('med_ajusto')
except KeyError:
med_ajusto = 'rcep'
# La lista de parámetros de interés.
paráms = list(líms_paráms)
# Crear la función objetiva que minimizaremos (SciPy solamente puede minimizar).
def f(prm):
"""
Una función objetiva que SciPy puede minimizar.
Parameters
----------
prm: list | np.ndarray
Los parámetros para calibrar
Returns
-------
np.ndarray
El ajusto del modelo con los parámetros actuales.
"""
f_ajusto = eval_funcs[med_ajusto.lower()]
# Devolver el ajusto de la función con los parámetros actuales.
return -f_ajusto(func(prm, obs_x), obs_y, f=None) # SpotPy maximiza pero nosotr@s aquí minimizamos
# Generar los estimos iniciales, si necesario
if inic is not None:
# No es necesario
x0 = inic
else:
# Sí es necesario
x0 = []
for p in paráms:
# Para cada parámetro...
lp = líms_paráms[p] # Sus límites
# Calcular un punto razonable para empezar la búsqueda
if lp[0] is None:
if lp[1] is None:
# El caso (-inf, +inf): empezaremos en 0
x0.append(0)
else:
# El caso (-inf, R]: empezaremos en R
x0.append(lp[1])
else:
if lp[1] is None:
# El caso [R, +inf): empezaremos en R
x0.append(lp[0])
else:
# El caso [R1, R2]: empezaremos en el promedio de R1 y R2
x0.append((lp[0] + lp[1]) / 2)
# Convertir a matriz NumPy
x0 = np.array(x0)
# Optimizar
opt = minimize(f, x0=x0, bounds=[líms_paráms[p] for p in paráms], **ops)
# Avisar si la optimización no funcionó tan bien como lo esperamos.
if not opt.success:
avisar(_('Es posible que haya un error de optimización. Mejor le eches un vistazo a los resultados.'))
# Devolver los resultados en el formato correcto.
return {p: {'cumbre': opt.x[i]} for i, p in enumerate(paráms)}