利用Pandas和SQLite提升超大数据的读取速度

发表于:2020-4-13 10:12

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 作者:老齐翻译    来源:掘金

  让我们想象,你有一个非常大的数据集,以至于读入内存之后会导致溢出,但是你想将它的一部分用Pandas进行处理,如果你在某个时间点只是想加载这个数据集的一部分,可以使用分块方法。
  如果把数据集分为若干部分之后,分别加载进来,最终还是会很慢。
  此时的解决方法,就是创建一个可供搜索的索引,使用SQLite就能轻松解决。
  第一个方法:分块
  来设想一个具体的示例:你要参加某个竞选,为此,你找到了一个CSV文件,里面包含你所在城市每个选民的信息。于是乎你派人去挨门挨户地拜访,邀请特定街道的所有登记选民参与投票。
  现在,Pandas的DataFrame对象中有索引,但是必须要将数据读入内存,然而CSV文件太大了,内存无法容纳,于是,你想到,可以只载入你关注的记录
  这就是第一个方法,进行分块。
   import pandas as pd
  def get_voters_on_street(name):
  return pd.concat(
  df[df["street"] == name] for df in
  pd.read_csv("voters.csv", chunksize=1000)
  )
  以分块的方式加载CSV文件,并且按照街道名称进行筛选,然后将得到记录并为一体。
  虽然逐行加载,但是关注的是比较小的子集,所以需要一些开销。比如,对于只有70k的数据集,在我的计算机上执行上面的函数,需要574ms。2018年纽约市有460万登记选民,挨个街道查找,需要30s。
  如果我们只做一次,没关系,如果需要反复做,这种方法并不是最佳。
  创建索引对象
  索引就是摘要,有这样一种说法:如果你关心它,就能在这里找到大量数据。在我们的示例中,我们想根据街道名称创建索引,于是就可以快速加载投票者所在的街道了。
  如果你担心索引数据也会超出内存,那么数据库则能作为保存它们的容器,例如PostgreSQL、MySQL等数据库都能实现。哦,你不喜欢安装和维护那些讨厌的服务,好吧,SQLite应运而生了。
  SQLite是一个功能齐全的关系型数据库,它能够像其它数据库一样运行,但是不需要服务器。Pyhton默认就支持这种数据库。SQLite将数据保存在独立的文件中,你必须管理一个SQLite数据文件,而不是CSV文件了。
  用SQLite存储数据
  下面演示一下如何用Pandas操作SQLite:
  1. 将数据载入SQLite,并创建索引
  SQLite数据库能够保存多张数据表,首先将voters.csv文件的数据载入SQLite,并保存为voters.sqlite文件,在这个文件中,我们创建一个名为voters的表。
  接下来,在SQLite中创建街道的索引。
  只需如下操作:
   import sqlite3
  # Create a new database file:
  db = sqlite3.connect("voters.sqlite")
  # Load the CSV in chunks:
  for c in pd.read_csv("voters.csv", chunksize=1000):
  # Append all rows to a new database table, which
  # we name 'voters':
  c.to_sql("voters", db, if_exists="append")
  # Add an index on the 'street' column:
  db.execute("CREATE INDEX street ON voters(street)")
  db.close()
  虽然我们只创建单个索引,但我们还可以在其他列或多个列上创建其他索引,从而允许我们使用这些列快速搜索数据库。
  2. 重写查询函数
  现在,所有数据都已经载入SQLite,我们可以按照街道进行检索了。
   def get_voters_for_street(street_name):
  conn = sqlite3.connect("voters.sqlite")
  q = "SELECT * FROM voters WHERE street = ?"
  values = (street_name,)
  return pd.read_sql_query(q, conn, values)
  执行上述函数,SQLite只加载与查询匹配的行,并其通过Pandas将它们保存为DataFrame对象。
  50多倍的加速
  那个CSV文件供给70,000行记录,原来花费了574ms,现在只用了10ms。
  提速50多倍,这是因为,只需要加载我们关心的行,而不是CSV文件中的每一行。

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