Computing cross-sectional rankings using a tidy polars dataframe

I need to compute cross-sectional rankings across a number of trading securities. Consider the following pl.DataFrame in long (tidy) format. It comprises three different symbols with respective prices, where each symbol also has a dedicated (i.e. local) trading calendar.

df = pl.DataFrame(
    {
        "symbol": [*["symbol1"] * 6, *["symbol2"] * 5, *["symbol3"] * 5],
        "date": [
            "2023-12-30", "2023-12-31", "2024-01-03", "2024-01-04", "2024-01-05", "2024-01-06",
            "2023-12-30", "2024-01-03", "2024-01-04", "2024-01-05", "2024-01-06",
            "2023-12-30", "2023-12-31", "2024-01-03", "2024-01-04", "2024-01-05",
        ],
        "price": [
            100, 105, 110, 115, 120, 125,
            200, 210, 220, 230, 240,
            3000, 3100, 3200, 3300, 3400,
        ],
    }
)

print(df)
shape: (16, 3)
┌─────────┬────────────┬───────┐
│ symbol  ┆ date       ┆ price │
│ ---     ┆ ---        ┆ ---   │
│ str     ┆ str        ┆ i64   │
╞═════════╪════════════╪═══════╡
│ symbol1 ┆ 2023-12-30 ┆ 100   │
│ symbol1 ┆ 2023-12-31 ┆ 105   │
│ symbol1 ┆ 2024-01-03 ┆ 110   │
│ symbol1 ┆ 2024-01-04 ┆ 115   │
│ symbol1 ┆ 2024-01-05 ┆ 120   │
│ …       ┆ …          ┆ …     │
│ symbol3 ┆ 2023-12-30 ┆ 3000  │
│ symbol3 ┆ 2023-12-31 ┆ 3100  │
│ symbol3 ┆ 2024-01-03 ┆ 3200  │
│ symbol3 ┆ 2024-01-04 ┆ 3300  │
│ symbol3 ┆ 2024-01-05 ┆ 3400  │
└─────────┴────────────┴───────┘

The first step is to compute the periodic returns using pct_change and subsequently using pivot to align the symbols per date.

returns = df.drop_nulls().with_columns(
    pl.col("price").pct_change(n=2).over("symbol").alias("return")
).pivot(on="symbol", index="date", values="return")

print(returns)
shape: (6, 4)
┌────────────┬──────────┬──────────┬──────────┐
│ date       ┆ symbol1  ┆ symbol2  ┆ symbol3  │
│ ---        ┆ ---      ┆ ---      ┆ ---      │
│ str        ┆ f64      ┆ f64      ┆ f64      │
╞════════════╪══════════╪══════════╪══════════╡
│ 2023-12-30 ┆ null     ┆ null     ┆ null     │
│ 2023-12-31 ┆ null     ┆ null     ┆ null     │
│ 2024-01-03 ┆ 0.1      ┆ null     ┆ 0.066667 │
│ 2024-01-04 ┆ 0.095238 ┆ 0.1      ┆ 0.064516 │
│ 2024-01-05 ┆ 0.090909 ┆ 0.095238 ┆ 0.0625   │
│ 2024-01-06 ┆ 0.086957 ┆ 0.090909 ┆ null     │
└────────────┴──────────┴──────────┴──────────┘

The next step is to use concat_list to create a list to compute the ranks per row (descending, i.e. highest return gets rank 1).

ranks = (
    returns.with_columns(all_symbols=pl.concat_list(pl.all().exclude("date")))
    .select(
        pl.all().exclude("all_symbols"),
        pl.col("all_symbols")
        .list.eval(
            pl.element().rank(descending=True, method="ordinal").cast(pl.UInt8)
        )
        .alias("rank"),
    )
)

print(ranks)
shape: (6, 5)
┌────────────┬──────────┬──────────┬──────────┬────────────────────┐
│ date       ┆ symbol1  ┆ symbol2  ┆ symbol3  ┆ rank               │
│ ---        ┆ ---      ┆ ---      ┆ ---      ┆ ---                │
│ str        ┆ f64      ┆ f64      ┆ f64      ┆ list[u8]           │
╞════════════╪══════════╪══════════╪══════════╪════════════════════╡
│ 2023-12-30 ┆ null     ┆ null     ┆ null     ┆ [null, null, null] │
│ 2023-12-31 ┆ null     ┆ null     ┆ null     ┆ [null, null, null] │
│ 2024-01-03 ┆ 0.1      ┆ null     ┆ 0.066667 ┆ [1, null, 2]       │
│ 2024-01-04 ┆ 0.095238 ┆ 0.1      ┆ 0.064516 ┆ [2, 1, 3]          │
│ 2024-01-05 ┆ 0.090909 ┆ 0.095238 ┆ 0.0625   ┆ [2, 1, 3]          │
│ 2024-01-06 ┆ 0.086957 ┆ 0.090909 ┆ null     ┆ [2, 1, null]       │
└────────────┴──────────┴──────────┴──────────┴────────────────────┘

Now we are finally getting to the actual question:
I would like to unpivot ranks again and produce a tidy dataframe. I am looking for the following columns: symbol, date, return, and rank. I was thinking about creating three new columns (basically using explode to unpack the list, but this will only create new rows rather than columns).

Also, I am wondering if I am required to pivot df in the first place or if there’s a better way to directly operate on the original df in tidy format? I am actually looking for performance as df could have millions of rows.

0

Well you can simplify the process without the need of explode and to avoid the need to pivot and unpivot:

returns = df.drop_nulls().with_columns(
    pl.col("price").pct_change(n=2).over("symbol").alias("return")
)

shape: (16, 4)
┌─────────┬────────────┬───────┬──────────┐
│ symbol  ┆ date       ┆ price ┆ return   │
│ ---     ┆ ---        ┆ ---   ┆ ---      │
│ str     ┆ str        ┆ i64   ┆ f64      │
╞═════════╪════════════╪═══════╪══════════╡
│ symbol1 ┆ 2023-12-30 ┆ 100   ┆ null     │
│ symbol1 ┆ 2023-12-31 ┆ 105   ┆ null     │
│ symbol1 ┆ 2024-01-03 ┆ 110   ┆ 0.1      │
│ symbol1 ┆ 2024-01-04 ┆ 115   ┆ 0.095238 │
│ symbol1 ┆ 2024-01-05 ┆ 120   ┆ 0.090909 │
│ …       ┆ …          ┆ …     ┆ …        │
│ symbol3 ┆ 2023-12-30 ┆ 3000  ┆ null     │
│ symbol3 ┆ 2023-12-31 ┆ 3100  ┆ null     │
│ symbol3 ┆ 2024-01-03 ┆ 3200  ┆ 0.066667 │
│ symbol3 ┆ 2024-01-04 ┆ 3300  ┆ 0.064516 │
│ symbol3 ┆ 2024-01-05 ┆ 3400  ┆ 0.0625   │
└─────────┴────────────┴───────┴──────────┘

Next rank the return values:

ranked_returns = returns.with_columns(
    pl.col("return").rank(descending=True).over("date").cast(pl.UInt8).alias("rank")
)

shape: (16, 5)
┌─────────┬────────────┬───────┬──────────┬──────┐
│ symbol  ┆ date       ┆ price ┆ return   ┆ rank │
│ ---     ┆ ---        ┆ ---   ┆ ---      ┆ ---  │
│ str     ┆ str        ┆ i64   ┆ f64      ┆ u8   │
╞═════════╪════════════╪═══════╪══════════╪══════╡
│ symbol1 ┆ 2023-12-30 ┆ 100   ┆ null     ┆ null │
│ symbol1 ┆ 2023-12-31 ┆ 105   ┆ null     ┆ null │
│ symbol1 ┆ 2024-01-03 ┆ 110   ┆ 0.1      ┆ 1    │
│ symbol1 ┆ 2024-01-04 ┆ 115   ┆ 0.095238 ┆ 2    │
│ symbol1 ┆ 2024-01-05 ┆ 120   ┆ 0.090909 ┆ 2    │
│ …       ┆ …          ┆ …     ┆ …        ┆ …    │
│ symbol3 ┆ 2023-12-30 ┆ 3000  ┆ null     ┆ null │
│ symbol3 ┆ 2023-12-31 ┆ 3100  ┆ null     ┆ null │
│ symbol3 ┆ 2024-01-03 ┆ 3200  ┆ 0.066667 ┆ 2    │
│ symbol3 ┆ 2024-01-04 ┆ 3300  ┆ 0.064516 ┆ 3    │
│ symbol3 ┆ 2024-01-05 ┆ 3400  ┆ 0.0625   ┆ 3    │
└─────────┴────────────┴───────┴──────────┴──────┘

And select only the symbol, date, return, and rank columns:

tidy_df = ranked_returns.select(["symbol", "date", "return", "rank"])

shape: (16, 4)
┌─────────┬────────────┬──────────┬──────┐
│ symbol  ┆ date       ┆ return   ┆ rank │
│ ---     ┆ ---        ┆ ---      ┆ ---  │
│ str     ┆ str        ┆ f64      ┆ u8   │
╞═════════╪════════════╪══════════╪══════╡
│ symbol1 ┆ 2023-12-30 ┆ null     ┆ null │
│ symbol1 ┆ 2023-12-31 ┆ null     ┆ null │
│ symbol1 ┆ 2024-01-03 ┆ 0.1      ┆ 1    │
│ symbol1 ┆ 2024-01-04 ┆ 0.095238 ┆ 2    │
│ symbol1 ┆ 2024-01-05 ┆ 0.090909 ┆ 2    │
│ …       ┆ …          ┆ …        ┆ …    │
│ symbol3 ┆ 2023-12-30 ┆ null     ┆ null │
│ symbol3 ┆ 2023-12-31 ┆ null     ┆ null │
│ symbol3 ┆ 2024-01-03 ┆ 0.066667 ┆ 2    │
│ symbol3 ┆ 2024-01-04 ┆ 0.064516 ┆ 3    │
│ symbol3 ┆ 2024-01-05 ┆ 0.0625   ┆ 3    │
└─────────┴────────────┴──────────┴──────┘

3

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật