前提
材料開発においてMIを使用したいと考えております。言語はpythonを使用しています。
材料a,b,cを比率a : b : c=A:B:Cで混合する実験を想定しています。a,b,cには種類があり、例えばaはa_1とa_2があります。
a,b,cにはそれぞれx,y,zという特性値をもっており、別のデータフレームにまとまっています。
目標
以下のコードで実行しているように材料の混合比率表に特性値を結合し、どの材料の特性値かが分かるようにしたいです。
更に特性値ごとに材料の添加量で加重平均を計算したカラムを新たに追加したいです。
一つずつ書くことはできるのですが、実データでは膨大な特性値がありプログラム化したいです。
初学者のため考えても分からず、困っております。大変恐縮ですが、どなたかお詳しい方ご教授いただけないでしょうか。
実現したいこと
以下のコードをプログラム化する。
またはどのようにすれば類似のことが実行できるのか知りたいです。
該当のソースコード
import pandas as pd
# 材料a,b,cを比率a:b:c=A:B:Cで混合する表
# a,b,cには種類があり、例えばaはa_1とa_2があります。
df = pd.DataFrame({'a':['a_1', 'a_1', 'a_2'],
'b':['b_1', 'b_2', 'b_3'],
'c':['c_1', 'c_1', 'c_2'],
'A':[0.5,0.2,0.3],
'B':[0.2,0.3,0.4],
'C':[0.3,0.5,0.3]})
# a b c A B C
#0 a_1 b_1 c_1 0.5 0.2 0.3
#1 a_1 b_2 c_1 0.2 0.3 0.5
#2 a_2 b_3 c_2 0.3 0.4 0.3
# a,b,cはそれぞれx,y,zという特性値をもっており、別のデータフレームにまとまっています。
df_a = pd.DataFrame({'a':['a_1','a_2'],'x': [1, 2], 'y': [4, 5],'z':[7, 8]})
df_b = pd.DataFrame({'b':['b_1','b_2','b_3'],'x': [3, 4, 5], 'y': [6, 7, 8],'z':[9, 10, 11]})
df_c = pd.DataFrame({'c':['c_1','c_2'],'x': [5, 6], 'y': [8, 9],'z':[11, 12]})
# a x y z
#0 a_1 1 4 7
#1 a_2 2 5 8
# b x y z
#0 b_1 3 6 9
#1 b_2 4 7 10
#2 b_3 5 8 11
# c x y z
#0 c_1 5 8 11
#1 c_2 6 9 12
# 材料の混合表(df)に特性値(df_a,df_b,df_c)を結合し、どの材料の特性値かが分かるようにする
df_new = df.merge(df_a,on='a')
df_new = df_new.rename(columns={'x':'x_a','y':'y_a','z':'z_a'})
df_new = df_new.merge(df_b,on='b')
df_new = df_new.rename(columns={'x':'x_b','y':'y_b','z':'z_b'})
df_new = df_new.merge(df_c,on='c')
df_new = df_new.rename(columns={'x':'x_c','y':'y_c','z':'z_c'})
# a b c A B C x_a y_a z_a x_b y_b z_b x_c y_c z_c
#0 a_1 b_1 c_1 0.5 0.2 0.3 1 4 7 3 6 9 5 8 11
#1 a_1 b_2 c_1 0.2 0.3 0.5 1 4 7 4 7 10 5 8 11
#2 a_2 b_3 c_2 0.3 0.4 0.3 2 5 8 5 8 11 6 9 12
# 特性値ごとに材料の添加量で加重平均を計算したカラムを新たに追加
df_new['x_ave'] =
(df_new['x_a']*df_new['A']+df_new['x_b']*df_new['B']+df_new['x_c']*df_new['C'])
/(df_new['A']+df_new['B']+df_new['C'])
df_new['y_ave'] =
(df_new['y_a']*df_new['A']+df_new['y_b']*df_new['B']+df_new['y_c']*df_new['C'])
/(df_new['A']+df_new['B']+df_new['C'])
df_new['z_ave'] =
(df_new['z_a']*df_new['A']+df_new['z_b']*df_new['B']+df_new['z_c']*df_new['C'])
/(df_new['A']+df_new['B']+df_new['C'])
# a b c A B C x_a y_a z_a x_b y_b z_b x_c y_c z_c x_ave y_ave z_ave
#0 a_1 b_1 c_1 0.5 0.2 0.3 1 4 7 3 6 9 5 8 11 2.6 5.6 8.6
#1 a_1 b_2 c_1 0.2 0.3 0.5 1 4 7 4 7 10 5 8 11 3.9 6.9 9.9
#2 a_2 b_3 c_2 0.3 0.4 0.3 2 5 8 5 8 11 6 9 12 4.4 7.4 10.4