Python_code_2_bootstrap-ctliu2022.ipynb

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 "cells": [
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 1,
   "id": "5e035147",
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "# weight Bootstrap resampling \n",
    "#copyright Chuntao Liu, Zhejiang University,chuntliu@zju.edu.cn\n",
    "#import library\n",
    "import random\n",
    "import pandas as pd\n",
    "import numpy as np\n",
    "from sklearn.utils import resample\n",
    "import matplotlib.pyplot as plt\n",
    "import seaborn as sns\n",
    "import math"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 43,
   "id": "cdfac25f",
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "#read Excel data\n",
    "#Notes\n",
    "#1.put the \"Table-S3.Application dataset and predicted results of subaerial probability\" and this jupyter python code into a same path\n",
    "\n",
    "#2.Please remove the first row (the head) before applying the \"Table-S3.Application dataset and predicted results of subaerial probability\".\n",
    "\n",
    "Demo_1 = pd.read_excel('Table-S3.Application dataset and predicted results of subaerial probability.xlsx', sheet_name='Sheet1')\n",
    "age = Demo_1.R_AGE\n",
    "ageMax = Demo_1.R_MAX_AGE#\n",
    "age_error = (ageMax-age)/2\n",
    "\n",
    "SBAP = Demo_1.C_SBAP#each sample's subaerial probability\n",
    "\n",
    "#latitude and longitude\n",
    "Lat = Demo_1.C_LATITUDE#\n",
    "Lon = Demo_1.C_LONGITUDE#"
   ]
  },
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   "cell_type": "code",
   "execution_count": 27,
   "id": "0da4a37b",
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   "outputs": [],
   "source": [
    "iter = 100 #resampling times"
   ]
  },
  {
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   "execution_count": 7,
   "id": "4ec3c027",
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "22640\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "all = range(np.size(age))#\n",
    "# print(np.size(all))"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 8,
   "id": "f026c357",
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "np.random.seed(2022)#random seed"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "id": "20d21667",
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "#calculate weight"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 10,
   "id": "df17243c",
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "0\n",
      "1\n",
      "2\n",
      "3\n",
      "4\n",
      "5\n",
      "6\n",
      "7\n",
      "8\n",
      "9\n",
      "10\n",
      "11\n",
      "12\n",
      "13\n",
      "14\n",
      "15\n",
      "16\n",
      "17\n",
      "18\n",
      "19\n",
      "20\n",
      "21\n",
      "22\n",
      "23\n",
      "24\n",
      "25\n",
      "26\n",
      "27\n",
      "28\n",
      "29\n",
      "30\n",
      "31\n",
      "32\n",
      "33\n",
      "34\n",
      "35\n",
      "36\n",
      "37\n",
      "38\n",
      "39\n",
      "40\n",
      "41\n",
      "42\n",
      "43\n",
      "44\n",
      "45\n",
      "46\n",
      "47\n",
      "48\n",
      "49\n",
      "50\n",
      "51\n",
      "52\n",
      "53\n",
      "54\n",
      "55\n",
      "56\n",
      "57\n",
      "58\n",
      "59\n",
      "60\n",
      "61\n",
      "62\n",
      "63\n",
      "64\n",
      "65\n",
      "66\n",
      "67\n",
      "68\n",
      "69\n",
      "70\n",
      "71\n",
      "72\n",
      "73\n",
      "74\n",
      "75\n",
      "76\n",
      "77\n",
      "78\n",
      "79\n",
      "80\n",
      "81\n",
      "82\n",
      "83\n",
      "84\n",
      "85\n",
      "86\n",
      "87\n",
      "88\n",
      "89\n",
      "90\n",
      "91\n",
      "92\n",
      "93\n",
      "94\n",
      "95\n",
      "96\n",
      "97\n",
      "98\n",
      "99\n",
      "100\n",
      "101\n",
      "102\n",
      "103\n",
      "104\n",
      "105\n",
      "106\n",
      "107\n",
      "108\n",
      "109\n",
      "110\n",
      "111\n",
      "112\n",
      "113\n",
      "114\n",
      "115\n",
      "116\n",
      "117\n",
      "118\n",
      "119\n",
      "120\n",
      "121\n",
      "122\n",
      "123\n",
      "124\n",
      "125\n",
      "126\n",
      "127\n",
      "128\n",
      "129\n",
      "130\n",
      "131\n",
      "132\n",
      "133\n",
      "134\n",
      "135\n",
      "136\n",
      "137\n",
      "138\n",
      "139\n",
      "140\n",
      "141\n",
      "142\n",
      "143\n",
      "144\n",
      "145\n",
      "146\n",
      "147\n",
      "148\n",
      "149\n",
      "150\n",
      "151\n",
      "152\n",
      "153\n",
      "154\n",
      "155\n",
      "156\n",
      "157\n",
      "158\n",
      "159\n",
      "160\n",
      "161\n",
      "162\n",
      "163\n",
      "164\n",
      "165\n",
      "166\n",
      "167\n",
      "168\n",
      "169\n",
      "170\n",
      "171\n",
      "172\n",
      "173\n",
      "174\n",
      "175\n",
      "176\n",
      "177\n",
      "178\n",
      "179\n",
      "180\n",
      "181\n",
      "182\n",
      "183\n",
      "184\n",
      "185\n",
      "186\n",
      "187\n",
      "188\n",
      "189\n",
      "190\n",
      "191\n",
      "192\n",
      "193\n",
      "194\n",
      "195\n",
      "196\n",
      "197\n",
      "198\n",
      "199\n",
      "200\n",
      "201\n",
      "202\n",
      "203\n",
      "204\n",
      "205\n",
      "206\n",
      "207\n",
      "208\n",
      "209\n",
      "210\n",
      "211\n",
      "212\n",
      "213\n",
      "214\n",
      "215\n",
      "216\n",
      "217\n",
      "218\n",
      "219\n",
      "220\n",
      "221\n",
      "222\n",
      "223\n",
      "224\n",
      "225\n",
      "226\n",
      "227\n",
      "228\n",
      "229\n",
      "230\n",
      "231\n",
      "232\n",
      "233\n",
      "234\n",
      "235\n",
      "236\n",
      "237\n",
      "238\n",
      "239\n",
      "240\n",
      "241\n",
      "242\n",
      "243\n",
      "244\n",
      "245\n",
      "246\n",
      "247\n",
      "248\n",
      "249\n",
      "250\n",
      "251\n",
      "252\n",
      "253\n",
      "254\n",
      "255\n",
      "256\n",
      "257\n",
      "258\n",
      "259\n",
      "260\n",
      "261\n",
      "262\n",
      "263\n",
      "264\n",
      "265\n",
      "266\n",
      "267\n",
      "268\n",
      "269\n",
      "270\n",
      "271\n",
      "272\n",
      "273\n",
      "274\n",
      "275\n",
      "276\n",
      "277\n",
      "278\n",
      "279\n",
      "280\n",
      "281\n",
      "282\n",
      "283\n",
      "284\n",
      "285\n",
      "286\n",
      "287\n",
      "288\n",
      "289\n",
      "290\n",
      "291\n",
      "292\n",
      "293\n",
      "294\n",
      "295\n",
      "296\n",
      "297\n",
      "298\n",
      "299\n",
      "300\n",
      "301\n",
      "302\n",
      "303\n",
      "304\n",
      "305\n",
      "306\n",
      "307\n",
      "308\n",
      "309\n",
      "310\n",
      "311\n",
      "312\n",
      "313\n",
      "314\n",
      "315\n",
      "316\n",
      "317\n",
      "318\n",
      "319\n",
      "320\n",
      "321\n",
      "322\n",
      "323\n",
      "324\n",
      "325\n",
      "326\n",
      "327\n",
      "328\n",
      "329\n",
      "330\n",
      "331\n",
      "332\n",
      "333\n",
      "334\n",
      "335\n",
      "336\n",
      "337\n",
      "338\n",
      "339\n",
      "340\n",
      "341\n",
      "342\n",
      "343\n",
      "344\n",
      "345\n",
      "346\n",
      "347\n",
      "348\n",
      "349\n",
      "350\n",
      "351\n",
      "352\n",
      "353\n",
      "354\n",
      "355\n",
      "356\n",
      "357\n",
      "358\n",
      "359\n",
      "360\n",
      "361\n",
      "362\n",
      "363\n",
      "364\n",
      "365\n",
      "366\n",
      "367\n",
      "368\n",
      "369\n",
      "370\n",
      "371\n",
      "372\n",
      "373\n",
      "374\n",
      "375\n",
      "376\n",
      "377\n",
      "378\n",
      "379\n",
      "380\n",
      "381\n",
      "382\n",
      "383\n",
      "384\n",
      "385\n",
      "386\n",
      "387\n",
      "388\n",
      "389\n",
      "390\n",
      "391\n",
      "392\n",
      "393\n",
      "394\n",
      "395\n",
      "396\n",
      "397\n",
      "398\n",
      "399\n",
      "400\n",
      "401\n",
      "402\n",
      "403\n",
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      "405\n",
      "406\n",
      "407\n",
      "408\n",
      "409\n",
      "410\n",
      "411\n",
      "412\n",
      "413\n",
      "414\n",
      "415\n",
      "416\n",
      "417\n",
      "418\n",
      "419\n",
      "420\n",
      "421\n",
      "422\n",
      "423\n",
      "424\n",
      "425\n",
      "426\n",
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      "22478\n",
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      "22549\n",
      "22550\n",
      "22551\n",
      "22552\n",
      "22553\n",
      "22554\n",
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      "22556\n",
      "22557\n",
      "22558\n",
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      "22636\n",
      "22637\n",
      "22638\n",
      "22639\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "val=math.pi\n",
    "weig = np.ones((np.size(all),1))\n",
    "WEI = np.ones((np.size(all),1))\n",
    "\n",
    "for iw in all:\n",
    "#     print(iw)#\n",
    "    outLat = Lat[iw]\n",
    "    outLon = Lon[iw]\n",
    "    outage = age[iw]\n",
    "    \n",
    "    if math.isnan(x[iw]):\n",
    "        WEI[iw,1] = 0;\n",
    "    else:\n",
    "        for j1 in all:\n",
    "            ka = 1/(((Lat[j1]-outLat)/2)**2+((Lon[j1]-outLon)/2)**2+1)\n",
    "            kb = 1/(((age[j1]-outage)/38)**2+1)\n",
    "            weig[j1,:] = ka+kb #\n",
    "        \n",
    "        a = np.nansum(weig)\n",
    "        WEI[iw,:] = 1/(a/0.2)\n",
    "# print(WEI)"
   ]
  },
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    "# wei_data = pd.DataFrame(data=WEI)\n",
    "# wei_data.to_excel('wei_data.xlsx')"
   ]
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    "index_wei = np.where(WEI==math.inf)\n",
    "# print(index_wei)"
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    "del_index = index_wei[0]\n",
    "del_age = np.delete(age,del_index,axis=None)#\n",
    "del_age_error = np.delete(age_error,del_index,axis=None)#\n",
    "del_p = np.delete(SBAP,del_index,axis=None)\n",
    "del_WEI = np.delete(WEI,del_index,axis=None)\n",
    "del_WEIP = del_WEI/np.nansum(del_WEI)"
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    "# resampling processes"
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    "boot6 = np.ones((38,iter))#number of bins = 38\n",
    "\n",
    "boot1 = np.ones((np.size(del_age),1))#\n",
    "boot2 = np.ones((np.size(del_age),1))\n",
    "boot5 = np.ones((38,1))\n",
    "\n",
    "bootfixa = np.zeros((np.size(del_index),1))\n",
    "bootfixy = np.zeros((np.size(del_index),1))"
   ]
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      "9\n",
      "10\n",
      "11\n",
      "12\n",
      "13\n",
      "14\n",
      "15\n",
      "16\n",
      "17\n",
      "18\n",
      "19\n",
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      "24\n",
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      "53\n",
      "54\n",
      "55\n",
      "56\n",
      "57\n",
      "58\n",
      "59\n",
      "60\n",
      "61\n",
      "62\n",
      "63\n",
      "64\n",
      "65\n",
      "66\n",
      "67\n",
      "68\n",
      "69\n",
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      "79\n",
      "80\n",
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      "83\n",
      "84\n",
      "85\n",
      "86\n",
      "87\n",
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      "96\n",
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      "99\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "for i in range(iter):#\n",
    "    print(i)\n",
    "    #\n",
    "    for fix in range(np.size(del_index)):\n",
    "        fixage = np.random.normal(loc=age[del_index[fix]],scale=age_error[del_index[fix]],size=100)\n",
    "        bootfage = np.random.choice(fixage,size=1)\n",
    "        bootfixa[fix,:] = bootfage\n",
    "        \n",
    "        bootfixy[fix,:] = SBAP[del_index[fix]]\n",
    "    \n",
    "    #resampling a dataset that is proportional to samples' weights    \n",
    "    bootstrapSamples = np.random.choice(range(np.size(del_age)),size=np.size(del_age),p=del_WEIP) \n",
    "    \n",
    "    for j in range(np.size(del_age)):\n",
    "        #\n",
    "        normage = np.random.normal(loc=del_age[bootstrapSamples[j]],scale=del_age_error[bootstrapSamples[j]],size=100)#\n",
    "        bootage1 = np.random.choice(normage,size=1)#\n",
    "        boot1[j,:] = bootage1#\n",
    "\n",
    "        boot2[j,:] = del_p[bootstrapSamples[j]]\n",
    "    \n",
    "    bootage_cmb = np.vstack((bootfixa,boot1))#\n",
    "    booty_cmb = np.vstack((bootfixy,boot2))#\n",
    "    \n",
    "    \n",
    "    boot3 = np.hstack((bootage_cmb,booty_cmb))#\n",
    "    boot4 = boot3[boot3[:,0].argsort()] #\n",
    "\n",
    "    boot5=[]#\n",
    "    \n",
    "    #     print(boot4)\n",
    "#     Index_age = []               \n",
    "    for L in range(1,39,1):\n",
    "        Index_age = np.where((boot4[:,0]>=(L-1)*100)&(boot4[:,0]<=L*100))[0]#\n",
    "#         print(Index_age)\n",
    "        a = np.min(Index_age)#\n",
    "        b = np.max(Index_age)\n",
    "        \n",
    "        Bin = boot4[a:b,1]#\n",
    "        \n",
    "        Ave = np.sum(Bin>=0.5)/np.sum(Bin)*100#calculate the proportion of samples that erupted subaerially in a certain time bin\n",
    "        boot5.append(Ave) #=\n",
    "\n",
    "    boot6[0:38,i]=boot5 #"
   ]
  },
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   "execution_count": 114,
   "id": "a920cf4e",
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   "outputs": [
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   "cell_type": "code",
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