1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
import numpy as np
import pytest
 
from pandas import (
    DataFrame,
    Series,
    concat,
)
import pandas._testing as tm
 
 
def create_mock_weights(obj, com, adjust, ignore_na):
    if isinstance(obj, DataFrame):
        if not len(obj.columns):
            return DataFrame(index=obj.index, columns=obj.columns)
        w = concat(
            [
                create_mock_series_weights(
                    obj.iloc[:, i], com=com, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
                )
                for i in range(len(obj.columns))
            ],
            axis=1,
        )
        w.index = obj.index
        w.columns = obj.columns
        return w
    else:
        return create_mock_series_weights(obj, com, adjust, ignore_na)
 
 
def create_mock_series_weights(s, com, adjust, ignore_na):
    w = Series(np.nan, index=s.index, name=s.name)
    alpha = 1.0 / (1.0 + com)
    if adjust:
        count = 0
        for i in range(len(s)):
            if s.iat[i] == s.iat[i]:
                w.iat[i] = pow(1.0 / (1.0 - alpha), count)
                count += 1
            elif not ignore_na:
                count += 1
    else:
        sum_wts = 0.0
        prev_i = -1
        count = 0
        for i in range(len(s)):
            if s.iat[i] == s.iat[i]:
                if prev_i == -1:
                    w.iat[i] = 1.0
                else:
                    w.iat[i] = alpha * sum_wts / pow(1.0 - alpha, count - prev_i)
                sum_wts += w.iat[i]
                prev_i = count
                count += 1
            elif not ignore_na:
                count += 1
    return w
 
 
def test_ewm_consistency_mean(all_data, adjust, ignore_na, min_periods):
    com = 3.0
 
    result = all_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).mean()
    weights = create_mock_weights(all_data, com=com, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na)
    expected = (
        all_data.multiply(weights)
        .cumsum()
        .divide(weights.cumsum())
        .fillna(method="ffill")
    )
    expected[
        all_data.expanding().count() < (max(min_periods, 1) if min_periods else 1)
    ] = np.nan
    tm.assert_equal(result, expected.astype("float64"))
 
 
def test_ewm_consistency_consistent(consistent_data, adjust, ignore_na, min_periods):
    com = 3.0
 
    count_x = consistent_data.expanding().count()
    mean_x = consistent_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).mean()
    # check that correlation of a series with itself is either 1 or NaN
    corr_x_x = consistent_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).corr(consistent_data)
    exp = (
        consistent_data.max()
        if isinstance(consistent_data, Series)
        else consistent_data.max().max()
    )
 
    # check mean of constant series
    expected = consistent_data * np.nan
    expected[count_x >= max(min_periods, 1)] = exp
    tm.assert_equal(mean_x, expected)
 
    # check correlation of constant series with itself is NaN
    expected[:] = np.nan
    tm.assert_equal(corr_x_x, expected)
 
 
def test_ewm_consistency_var_debiasing_factors(
    all_data, adjust, ignore_na, min_periods
):
    com = 3.0
 
    # check variance debiasing factors
    var_unbiased_x = all_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).var(bias=False)
    var_biased_x = all_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).var(bias=True)
 
    weights = create_mock_weights(all_data, com=com, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na)
    cum_sum = weights.cumsum().fillna(method="ffill")
    cum_sum_sq = (weights * weights).cumsum().fillna(method="ffill")
    numerator = cum_sum * cum_sum
    denominator = numerator - cum_sum_sq
    denominator[denominator <= 0.0] = np.nan
    var_debiasing_factors_x = numerator / denominator
 
    tm.assert_equal(var_unbiased_x, var_biased_x * var_debiasing_factors_x)
 
 
@pytest.mark.parametrize("bias", [True, False])
def test_moments_consistency_var(all_data, adjust, ignore_na, min_periods, bias):
    com = 3.0
 
    mean_x = all_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).mean()
    var_x = all_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).var(bias=bias)
    assert not (var_x < 0).any().any()
 
    if bias:
        # check that biased var(x) == mean(x^2) - mean(x)^2
        mean_x2 = (
            (all_data * all_data)
            .ewm(com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na)
            .mean()
        )
        tm.assert_equal(var_x, mean_x2 - (mean_x * mean_x))
 
 
@pytest.mark.parametrize("bias", [True, False])
def test_moments_consistency_var_constant(
    consistent_data, adjust, ignore_na, min_periods, bias
):
    com = 3.0
    count_x = consistent_data.expanding(min_periods=min_periods).count()
    var_x = consistent_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).var(bias=bias)
 
    # check that variance of constant series is identically 0
    assert not (var_x > 0).any().any()
    expected = consistent_data * np.nan
    expected[count_x >= max(min_periods, 1)] = 0.0
    if not bias:
        expected[count_x < 2] = np.nan
    tm.assert_equal(var_x, expected)
 
 
@pytest.mark.parametrize("bias", [True, False])
def test_ewm_consistency_std(all_data, adjust, ignore_na, min_periods, bias):
    com = 3.0
    var_x = all_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).var(bias=bias)
    assert not (var_x < 0).any().any()
 
    std_x = all_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).std(bias=bias)
    assert not (std_x < 0).any().any()
 
    # check that var(x) == std(x)^2
    tm.assert_equal(var_x, std_x * std_x)
 
    cov_x_x = all_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).cov(all_data, bias=bias)
    assert not (cov_x_x < 0).any().any()
 
    # check that var(x) == cov(x, x)
    tm.assert_equal(var_x, cov_x_x)
 
 
@pytest.mark.parametrize("bias", [True, False])
def test_ewm_consistency_series_cov_corr(
    series_data, adjust, ignore_na, min_periods, bias
):
    com = 3.0
 
    var_x_plus_y = (
        (series_data + series_data)
        .ewm(com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na)
        .var(bias=bias)
    )
    var_x = series_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).var(bias=bias)
    var_y = series_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).var(bias=bias)
    cov_x_y = series_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).cov(series_data, bias=bias)
    # check that cov(x, y) == (var(x+y) - var(x) -
    # var(y)) / 2
    tm.assert_equal(cov_x_y, 0.5 * (var_x_plus_y - var_x - var_y))
 
    # check that corr(x, y) == cov(x, y) / (std(x) *
    # std(y))
    corr_x_y = series_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).corr(series_data)
    std_x = series_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).std(bias=bias)
    std_y = series_data.ewm(
        com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
    ).std(bias=bias)
    tm.assert_equal(corr_x_y, cov_x_y / (std_x * std_y))
 
    if bias:
        # check that biased cov(x, y) == mean(x*y) -
        # mean(x)*mean(y)
        mean_x = series_data.ewm(
            com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
        ).mean()
        mean_y = series_data.ewm(
            com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na
        ).mean()
        mean_x_times_y = (
            (series_data * series_data)
            .ewm(com=com, min_periods=min_periods, adjust=adjust, ignore_na=ignore_na)
            .mean()
        )
        tm.assert_equal(cov_x_y, mean_x_times_y - (mean_x * mean_y))