objective-c - 计算可变参数的移动平均值

Question

我有一个整数属性，它每秒更新一次，信号强度值范围为 0 - 100。

我希望能够持续测量过去 10、25、50 次测量的移动平均值。

这样做最有效的方法是什么？

我目前正在考虑使用 NSMutableArray 实现一组 FIFO 队列，并在数组具有必要数量的条目后，每次在末尾添加一个新队列时弹出前导值。但是，我不确定是否有更有效的方法来做到这一点。

Answer 1

我编写了一个名为 MovingAverage 的简单类来处理这个问题。您使用要维护的周期数来初始化该方法，并使用样本计数的模数来跟踪其余部分，以了解将其放入哪个静态插槽。

初始化

MovingAverage *avg5periods = [[MovingAverage alloc] initWithSize:5];

添加项目：

[avg5periods addSample:1.0];
NSLog(@"1.2f",[avg5periods movingAverage]); //1.0
[avg5periods addSample:2.0];
NSLog(@"1.2f",[avg5periods movingAverage]); //1.5
[avg5periods addSample:3.0];
NSLog(@"1.2f",[avg5periods movingAverage]); //2.0
[avg5periods addSample:4.0];
NSLog(@"1.2f",[avg5periods movingAverage]); //2.5
[avg5periods addSample:5.0];
NSLog(@"1.2f",[avg5periods movingAverage]); //3.0
[avg5periods addSample:6.0];
NSLog(@"1.2f",[avg5periods movingAverage]); //4.0

头文件：

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface MovingAverage : NSObject {
    NSMutableArray *samples;
    int sampleCount;
    int averageSize;
}
-(id)initWithSize:(int)size;
-(void)addSample:(double)sample;
-(double)movingAverage;
@end

和实现文件：

#import "MovingAverage.h"

@implementation MovingAverage
-(id)initWithSize:(int)size {
    if (self = [super init]) {
        samples = [[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:size];
        sampleCount = 0;
        averageSize = size;
    }
    return self;
}
-(void)addSample:(double)sample {
    int pos = fmodf(sampleCount++, (float)averageSize);
    [samples setObject:[NSNumber numberWithDouble:sample] atIndexedSubscript:pos];
}
-(double)movingAverage {
    return [[samples valueForKeyPath:@"@sum.doubleValue"] doubleValue]/(sampleCount > averageSize-1?averageSize:sampleCount);
}
@end

Answer 2

排队是正确的方式。真正的效率来自于你如何重新计算平均值。

应该这样做：

avg = avg + newSample/N - [queue dequeue]/N
[queue enqueue:newSample]

即新的运行平均值只是旧平均值减去您丢弃的最旧值的权重，再加上您排队的最新值的权重。

Answer 3

我认为你有正确的解决方案。

如果您真的关心性能，而不是将事物移入和移出动态调整大小的数组，您可以使用静态大小的数组并跟踪当前索引。

即如果 N 是数组的大小并且 % 是模运算符（我不是一个客观的 C 程序员）：

values[current] = get_current_sample()
previous = (current + N - 1) % N
sum = sum + values[current] - values[previous]
current = (current + 1) % N

平均值 = sum / N。您必须分别处理预热期（在您有 N 个样本之前）。

这可能会快得多，具体取决于 NSMutableArray 如何处理内存分配。