[译] 在 Python 中,如何运用 Dask 数据进行并行数据分析

栏目: Python · 发布时间: 5年前

内容简介:多维度思维。来源:Pixabay有时你通过Python’s Pandas 打开一个大的数据集,然后试着去获取一些度量标准,但这时整个过程可能会突然停止。 如果你使用 Pandas 处理大数据,可能一个简单的序列平均值都需要你等待一分钟,我们甚至不会去调用我在不久之前发现了这个工具:不需要更好的基础架构或转换语言,就可以在 Python 中加速数据分析的方法。但是如果数据集太大,它的最终优化结果会一定的限制,但是它仍然比常规的 Pandas 扩展性好,可能也更符合你的问题场景 —— 尤其是不进行大量的重写索
[译] 在  <a href='https://www.codercto.com/topics/20097.html'>Python</a>  中,如何运用 Dask 数据进行并行数据分析

多维度思维。来源:Pixabay

有时你通过Python’s Pandas 打开一个大的数据集,然后试着去获取一些度量标准,但这时整个过程可能会突然停止。 如果你使用 Pandas 处理大数据,可能一个简单的序列平均值都需要你等待一分钟,我们甚至不会去调用 apply 。这还只是百万级别的行数!当你的数据达到亿级别时,你最好使用 Spark 或者其他方式。

我在不久之前发现了这个工具:不需要更好的基础架构或转换语言,就可以在 Python 中加速数据分析的方法。但是如果数据集太大,它的最终优化结果会一定的限制,但是它仍然比常规的 Pandas 扩展性好,可能也更符合你的问题场景 —— 尤其是不进行大量的重写索引时。

什么是 Dask?

Dask 是一个开源项目,为你提供 NumPy 数组、Pandas Dataframes 以及常规 list 的抽象,允许你使用多核处理器并行运行它们的操作。

以下是来自本教程的摘录:

Dask 提供了更高级别的 Array、Bag、和 DataFrame 集合,它们模仿 NumPy、list 和 Pandas,但允许在不适合主内存的数据集上并行操作。对于大型数据集,Dask 的高级集合可以取代 NumPy 和 Pandas。

这听上去很好!为了这篇文章,我特意试用了 Dask Dataframs,并在其上运行了几个基准测试。

阅读文档

我首先阅读了官方文档,看看在 Dask 的文档中的精确推荐,而不是常规 Dataframse。以下是官方文档的部分内容:

  • 操作大型数据集,即使这些数据不适用于内存
  • 使用尽可能多的内核来加速长时间计算
  • 在大的数据集上,通过标准的 Pandas 操作,如集群、连接、还有时间序列计算,来对计算做分布式处理。

接下来,它列出了一些很快的场景,但前提是你在使用 Dask 数据:

  • 算术运算(对序列进行乘或加)
  • 常用聚合(均值、最小值、最大值、和等)
  • 调用 apply(只要它是索引,而非 groupby(‘y’),其中 y 并非索引)
  • 调用 value_counts()、drop_duplicates() 或 corr()
  • Locisin 和逐行选择进行过滤

如果发现它有用,只对数据过滤进行一次小浏览就行。

#通过引用仅,返回 x >5 的行(根据起初的 df 写入更改)
df2 = df.loc[df['x'] > 5]
#通过引用,仅返回x 为 0、1、2、3 或 4 的行
df3 = df.x.isin(range(4))
#通过只读引用,仅返回 x > 5 的行(不能被写)
df4 = df[df['x']>5]
复制代码

如何使用 Dask Dataframes

Dask Dataframes 具有与 Pandas Dataframes 相似的 API,只有聚合和 apply 是延迟计算,你需要通过调用 compute 方法来计算。为了生成一个 Dask Dataframe,你可以像在 Pandas 中那样简单调用 read_csv 方法,或只调用给定的一个 Pandas Dataframe df

dd = ddf.from_pandas(df, npartitions=N)
复制代码

ddf是你使用 DASK Dataframes 导入的名称,而 nparitions 是一个参数,它告诉 Dataframe 你期望如何对它进行分区。

StackOverflow,建议将 Dataframe 划分到你计算机内核数目相同的分区中,或是这个数字的几倍,因为每个分区都会运行在不同的线程上,如果有太多线程,它们之间将变得过于昂贵。

开始:进行基准测试!

我开发了一个 Jupyter 笔记来尝试使用这个框架,并且发布在 Github 上,这样你可以查看具体信息甚至是亲自运行它。

我运行的基准测试可以在 GitHub 上获取,这里列举了主要内容:

def get_big_mean():
    return dfn.salary.mean().compute()
def get_big_mean_old():
    return df3.salary.mean()

def get_big_max():
    return dfn.salary.max().compute()
def get_big_max_old():
    return df3.salary.max()

def get_big_sum():
    return dfn.salary.sum().compute()
def get_big_sum_old():
    return df3.salary.sum()

def filter_df():
    df = dfn[dfn['salary']>5000]
def filter_df_old():
    df = df3[df3['salary']>5000]
复制代码

这是一个有着 2500 万行的常规 df3 ,内容是使用来自 上一篇文章 中的脚本生成的(从列表中随机抽取的列名是 name、surname 以及 salary )。我使用了 50 行数据集,并将其连接了 50 万次,因为我只对它运行所需时间感兴趣,对于分析 Per se 却不感兴趣。

dfn是基于 df3 的 Dask Dataframe。

第一批次的结果:不太乐观

首先,我尝试用 3 个分区进行测试,因为我只有 4 个内核,所以不想过度使用我的 PC。我用 Dask 的结果不是很理想,而且还必须等待很长时间才能获取结果,我担心这可能是因为我做的分区太少了:

204.313940048 seconds for get_big_mean
39.7543280125 seconds for get_big_mean_old

131.600986004 seconds for get_big_max
43.7621600628 seconds for get_big_max_old

120.027213097 seconds for get_big_sum
7.49701309204 seconds for get_big_sum_old

0.581165790558 seconds for filter_df
226.700095892 seconds for filter_df_old
复制代码

你可以看到,当我是用 Dask 时,大多数操作的速度都要慢得多。这给我了一个提示,那就是我可能不得不使用更多的分区。生成延迟评估所花费的数量也是可以忽略不计的(在某些情况下不到半秒),如果我重用它们,就不会随着时间的推移而摊销。

我还使用了 apply 方法测试它:

def f(x):
    return (13*x+5)%7

def apply_random_old():
    df3['random']= df3['salary'].apply(f)
    
def apply_random():
    dfn['random']= dfn['salary'].apply(f).compute()
复制代码

结果并无差别:

369.541605949 seconds for apply_random
157.643756866 seconds for apply_random_old
复制代码

因此,一般情况下,尽管过滤器的速度要快得多,但大多数操作的速度仍然是原来的两倍。我担心的是,也许我也应该调用 compute 这个函数,所以把这个结果作为对比。

更多分区:惊人的速度

再这样令人沮丧的结果之后,我认为可能是我还没有使用足够的分区。这样做的要点是并行运行,或许是我需要更多的并行化?因此我对 8 个分区进行了相同的测试,下面是我得到的结果(我忽略了非并行 dataframe,因为它们基本是相同的):

3.08352184296 seconds for get_big_mean
1.3314101696 seconds for get_big_max
1.21639800072 seconds for get_big_sum
0.228978157043 seconds for filter_df

112.135010004 seconds for apply_random
50.2007009983 seconds for value_count_test
复制代码

没错,大多数操作的运行速度是常规 Dataframe 的 10 倍以上, apply 获得了更快的速度!我还在 salary 序列上运行了 value_count 方法。对于上下文,请记住,当我在常规的 Dataframe 上运行这个测试时,我等待了 10 分钟之后,我不得不停止这个过程,这一次只花了 50 秒! 基本上,我只是用错了工具,而且非常快。比普通的 Dataframes 快得多。

结论

考虑到我在一台非常旧的 4 核 PC 上,一分钟内运行 2.5 亿行内容,我觉得它会在实际应用中有着举足轻重的地位。因此我建议,下次你处理本地或从单个 AWS 实例中处理数据集时,可以考虑使用这个框架,它真的非常高效。

我希望你觉得这盘文章有用或者有趣!编写他所花费的时间超过我的预期,因为一些基准测试花费的时间 太长了 。记得告诉我在阅读之前你是否了解过 Dask,或者你是否在工作或项目中使用过它。另外,如果有其他更棒的功能,记得告诉我,我并没有检测我是否做错了什么内容!你的回馈和评论是我写作的重要原因之一,因为我们都在从中成长。

如果你喜欢这篇文章,可以继续支持我。可以继续支持我的写作。同时你还可以在我这里了解更多 Python 教程、提示和技巧!

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