DataFrameに格納されているデータを1つずつずらして解析する方法

Question

前提

DataFrameに格納されているデータを１つずつずらして解析する方法が分からない状況です。

実現したいこと

以下のようなデータを，一定の区間でずらしながら解析することを計画しております。
例えば，『試したこと』にAnkleのデータにおける1から150frameまでを周波数解析をする例を示しておりますが，これに続いて，2から151frame，3から152frame，4から153frame…と最後のフレームまでまとめて解析したいです。

最終的には，一定の区間でずらして解析したフレーム毎の面積比（例：1から150frame＝0.7，2から151frame=0.8，3から152frame=1.2…）を算出することをゴールとしております。

frame	ANKLE
1	90
2	87
3	65
4	66
5	82
6	89
…	…
300	32

試したこと

import pandas as pd
import numpy as np
from scipy import integrate

# 周波数解析
rate = 30

ankle = df["ANKLE"][0:149]

han = np.hanning(ankle.size)

fft_data = np.abs(np.fft.rfft(ankle * han))
freqList = np.fft.rfftfreq(ankle.size, 1.0 / rate)  # 横軸

# 周波数帯域の指定
fft_df = pd.DataFrame(freqList)
fft_df['fft'] = pd.DataFrame(fft_data)
fft_df.columns=['freq', 'fft']

low = fft_df.query("3> freq >= 0.5")
high = fft_df.query("8>= freq >= 3")

# 面積比の算出
s1 = integrate.trapz(low["fft"])
s2 = integrate.trapz(high["fft"])
print("Index:", s2/s1)

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

• jupyter notebookを使用
• プログラミングは初学者レベル

Answer 1

rolling() + apply().

import pandas as pd
import numpy as np
from scipy import integrate

def area_ratio(ankle):
    # 周波数解析
    rate = 30
    han = np.hanning(ankle.size)
    fft_data = np.abs(np.fft.rfft(ankle * han))
    freqList = np.fft.rfftfreq(ankle.size, 1.0 / rate)  # 横軸

    # 周波数帯域の指定
    fft_df = pd.DataFrame(freqList)
    fft_df['fft'] = pd.DataFrame(fft_data)
    fft_df.columns=['freq', 'fft']

    low = fft_df.query("3> freq >= 0.5")
    high = fft_df.query("8>= freq >= 3")

    # 面積比の算出
    s1 = integrate.trapz(low["fft"])
    s2 = integrate.trapz(high["fft"])

    return s2/s1

if __name__ == '__main__':
    # generate data for testing
    N = 300
    df = pd.DataFrame({
        'frame': range(1, N+1),
        'ANKLE': np.random.randint(30, 90, N)
    })

    # rolling apply
    window_size = 150
    indexer = pd.api.indexers.FixedForwardWindowIndexer(window_size=window_size)
    result = df['ANKLE'].rolling(window=indexer).apply(area_ratio).dropna()

    print(result)

Comments

[Muuuuki]

迅速にご対応いただきありがとうございます！
実現したい通りに解析することできて，非常に助かりました。