当前位置:

首页 > 编程开发 > 使用 Python 分析 14 亿条数据

使用 Python 分析 14 亿条数据

GoogleNgramviewer是一个有趣和有用的工具,它使用谷歌从书本中扫描来的海量的数据宝藏,绘制出单词使用量随时间的变化。举个例子,单词Python(区分大小写):这幅图来自:books.google.com/ngrams…,描绘了单词‘Python’的使用量随时间的变化。它是由谷歌的n-gram数据集驱动的,根据书本印刷的每一个年份,记录了一个特定单词或词组在谷歌图书的使用量。然而这并不完整(它并没有包含每一本已经发布的书!),数据集中有成千上百万的书,时间上涵盖了从16

使用 Python 分析 14 亿条数据

Google Ngram viewer是一个有趣和有用的工具,它使用谷歌从书本中扫描来的海量的数据宝藏,绘制出单词使用量随时间的变化。举个例子,单词 Python (区分大小写) :

使用 Python 分析 14 亿条数据

这幅图来自: books.google.com/ngrams… ,描绘了单词 ‘Python’ 的使用量随时间的变化。

它是由谷歌的n-gram 数据集驱动的,根据书本印刷的每一个年份,记录了一个特定单词或词组在谷歌图书的使用量。然而这并不完整(它并没有包含每一本已经发布的书!),数据集中有成千上百万的书,时间上涵盖了从 16 世纪到 2008 年。数据集可以免费从这里下载。

我决定使用 Python 和我新的数据加载库 PyTubes 来看看重新生成上面的图有多容易。

挑战

1-gram 的数据集在硬盘上可以展开成为 27 Gb 的数据,这在读入 python 时是一个很大的数据量级。Python可以轻易地一次性地处理千兆的数据,但是当数据是损坏的和已加工的,速度就会变慢而且内存效率也会变低。

总的来说,这 14 亿条数据(1,430,727,243)分散在 38 个源文件中,一共有 2 千 4 百万个(24,359,460)单词(和词性标注,见下方),计算自 1505 年至 2008 年。

当处理 10 亿行数据时,速度会很快变慢。并且原生 Python 并没有处理这方面数据的优化。幸运的是, numpy 真的很擅长处理大体量数据。使用一些简单的技巧,我们可以使用 numpy 让这个分析变得可行。

在 python/numpy 中处理字符串很复杂。字符串在 python 中的内存开销是很显著的,并且 numpy 只能够处理长度已知而且固定的字符串。基于这种情况,大多数的单词有不同的长度,因此这并不理想。

Loading the data

下面所有的代码/例子都是运行在 8 GB 内存 的 2016 年的 Macbook Pro。如果硬件或云实例有更好的 ram 配置,表现会更好。

1-gram 的数据是以 tab 键分割的形式储存在文件中,看起来如下:

使用 Python 分析 14 亿条数据

每一条数据包含下面几个字段:

使用 Python 分析 14 亿条数据

为了按照要求生成图表,我们只需要知道这些信息,也就是:

使用 Python 分析 14 亿条数据

通过提取这些信息,处理不同长度的字符串数据的额外消耗被忽略掉了,但是我们仍然需要对比不同字符串的数值来区分哪些行数据是有我们感兴趣的字段的。这就是 pytubes 可以做的工作:

使用 Python 分析 14 亿条数据

使用 Python 分析 14 亿条数据

差不多 170 秒(3 分钟)之后, one_grams 是一个 numpy 数组,里面包含差不多 14 亿行数据,看起来像这样(添加表头部为了说明):

╒═══════════╤════════╤═════════╕

│ Is_Word │ Year │ Count │

╞═══════════╪════════╪═════════╡

│ 0 │ 1799 │ 2 │

├───────────┼────────┼─────────┤

│ 0 │ 1804 │ 1 │

├───────────┼────────┼─────────┤

│ 0 │ 1805 │ 1 │

├───────────┼────────┼─────────┤

│ 0 │ 1811 │ 1 │

├───────────┼────────┼─────────┤

│ 0 │ 1820 │ ... │

╘═══════════╧════════╧═════════╛

从这开始,就只是一个用 numpy 方法来计算一些东西的问题了:

每一年的单词总使用量

谷歌展示了每一个单词出现的百分比(某个单词在这一年出现的次数/所有单词在这一年出现的总数),这比仅仅计算原单词更有用。为了计算这个百分比,我们需要知道单词总量的数目是多少。

幸运的是,numpy让这个变得十分简单:

使用 Python 分析 14 亿条数据

绘制出这个图来展示谷歌每年收集了多少单词:

使用 Python 分析 14 亿条数据

很清楚的是在 1800 年之前,数据总量下降很迅速,因此这回曲解最终结果,并且会隐藏掉我们感兴趣的模式。为了避免这个问题,我们只导入 1800 年以后的数据:

使用 Python 分析 14 亿条数据

这返回了 13 亿行数据(1800 年以前只有 3.7% 的的占比)

使用 Python 分析 14 亿条数据

Python 在每年的占比百分数

获得 python 在每年的占比百分数现在就特别的简单了。

使用一个简单的技巧,创建基于年份的数组,2008 个元素长度意味着每一年的索引等于年份的数字,因此,举个例子,1995 就只是获取 1995 年的元素的问题了。

这都不值得使用 numpy 来操作:

使用 Python 分析 14 亿条数据

绘制出 word_counts 的结果:

使用 Python 分析 14 亿条数据

形状看起来和谷歌的版本差不多

使用 Python 分析 14 亿条数据

实际的占比百分数并不匹配,我认为是因为下载的数据集,它包含的用词方式不一样(比如:Python_VERB)。这个数据集在 google page 中解释的并不是很好,并且引起了几个问题:

们是如何将 Python 当做动词使用的?

 ‘Python’ 的计算总量是否包含 ‘Python_VERB’?等

幸运的是,我们都清楚我使用的方法生成了一个与谷歌很像的图标,相关的趋势都没有被影响,因此对于这个探索,我并不打算尝试去修复。

性能

谷歌生成图片在 1 秒钟左右,相较于这个脚本的 8 分钟,这也是合理的。谷歌的单词计算的后台会从明显的准备好的数据集视图中产生作用。

举个例子,提前计算好前一年的单词使用总量并且把它存在一个单独的查找表会显著的节省时间。同样的,将单词使用量保存在单独的数据库/文件中,然后建立第一列的索引,会消减掉几乎所有的处理时间。

这次探索 确实 展示了,使用 numpy 和 初出茅庐的 pytubes 以及标准的商用硬件和 Python,在合理的时间内从十亿行数据的数据集中加载,处理和提取任意的统计信息是可行的,

语言战争

为了用一个稍微更复杂的例子来证明这个概念,我决定比较一下三个相关提及的编程语言: Python,Pascal, 和 Perl.

源数据比较嘈杂(它包含了所有使用过的英文单词,不仅仅是编程语言的提及,并且,比如,python 也有非技术方面的含义!),为了这方面的调整, 我们做了两个事情:

只有首字母大写的名字形式能被匹配(Python,不是 python)

每一个语言的提及总数已经被转换到了从 1800 年到 1960 年的百分比平均数,考虑到 Pascal 在 1970 年第一次被提及,这应该有一个合理的基准线。

结果:

使用 Python 分析 14 亿条数据

对比谷歌 ( 没有任何的基准线调整 ):

使用 Python 分析 14 亿条数据

运行时间: 只有 10 分钟多一点

以后的 PyTubes 提升

在这个阶段,pytubes 只有单独一个整数的概念,它是 64 比特的。这意味着 pytubes 生成的 numpy 数组对所有整数都使用 i8 dtypes。在某些地方(像 ngrams 数据),8 比特的整型就有点过度,并且浪费内存(总的 ndarray 有 38Gb,dtypes 可以轻易的减少其 60%)。我计划增加一些等级 1,2 和 4 比特的整型支持( github.com/stestagg/py… )

更多的过滤逻辑 - Tube.skip_unless() 是一个比较简单的过滤行的方法,但是缺少组合条件(AND/OR/NOT)的能力。这可以在一些用例下更快地减少加载数据的体积。

更好的字符串匹配 —— 简单的测试如下:startswith, endswith, contains, 和 is_one_of 可以轻易的添加,来明显地提升加载字符串数据是的有效性。

本文内容来源于互联网,如有侵权请联系删除。
作者最新文章
编程开发 Python
相关文章 更多
C++动态数组初始化怎么写?常用语句与代码示例
C++动态数组初始化怎么写?常用语句与代码示例

深入解析C++中动态数组的初始化机制,涵盖new操作符的不同用法、基本类型与类对象的初始化差异,以及为何在现代C++开发中应优先使用std::vector。

Python安装后怎么打开:使用IDLE或命令行启动解释器
Python安装后怎么打开:使用IDLE或命令行启动解释器

刚在Windows安装好Python却不知道如何启动?本文详细演示如何通过开始菜单找到并打开IDLE集成开发环境,以及如何在PowerShell或命令提示符中使用python和py命令启动交互式解释器、运行.py脚本文件。包含退出解释器的方法及常见启动问题排查,帮助初学者快速验证安装成功并开始编写代码。

Windows系统Python安装教程:下载、勾选PATH及环境变量配置
Windows系统Python安装教程:下载、勾选PATH及环境变量配置

针对Windows初学者的Python安装实战指南。详细讲解如何从Python官网下载匹配架构的安装包,重点演示安装首屏勾选“Add python.exe to PATH”的关键操作,并提供使用python --version和py命令验证环境变量的具体步骤,帮助新手快速搭建开发环境并排查路径问题。

麒麟OS如何查看Python进程的运行状态
麒麟OS如何查看Python进程的运行状态

要想确认麒麟OS中Python程序的运行状态以及资源占用情况,我们可以这样做:用ps -ef | grep python来筛选进程;通过top命令,按P键排序查看实时负载;使用pgrep -f "script.py"精准获取PID;借助lsof -p PID验证文件打开状态。另外,还可以结合syst

Python在Debian上如何配置SSL证书
Python在Debian上如何配置SSL证书

在Debian系统上配置SSL证书通常涉及以下几个步骤:安装Web服务器:首先,你需要一个Web服务器,比如Apache或Nginx。这里以Apache为例。sudo apt updatesudo apt install apache2获取SSL证书:你可以从Let’s Encrypt免费获取SSL

统信UOS怎么安装Python开发环境
统信UOS怎么安装Python开发环境

要想让Python项目在统信UOS上正常运行,得先安装python3、python3-pip、python3-venv、python3-dev以及build-essential等组件。具体操作就是执行sudo apt install命令来一步到位完成安装,同时别忘了配置清华镜像源来给pip加速哦。在

纯Python方案实现中英文全文搜索
纯Python方案实现中英文全文搜索

在互联网上的各类网站中,无论大小,基本上都会有一个搜索框,用来给用户对内容进行搜索,小到站点搜索,大到搜索引擎搜索。从简单的来说,搜索功能确实很简单,一个简单的select语句就可以实现数据的搜索。而从复杂的来看,无论是搜索的精度还是搜索的效率,都是有很深的研究范围的。对于简单的搜索功能来说,一个s

Mac如何取消通过Python脚本运行的关机程序
Mac如何取消通过Python脚本运行的关机程序

立即在终端输入sudo shutdown -c取消倒计时关机,成功后显示“Shutdown cancelled”;若存在pmset重复任务,需再执行sudo pmset repeat cancel清除。Mac因Python脚本执行了os.system("sudo shutdown -h +10")或

Pythonasyncio异步并发与多固定出口IP调度实战
Pythonasyncio异步并发与多固定出口IP调度实战

之前写过一篇同步场景下用 Python 管理多个固定出口 IP 的实践(ExitPool + requests/httpx),覆盖了健康检查、故障转移和连接池复用。但在实际业务中,越来越多的场景用 asyncio 做高并发采集或批量接口调用——异步事件循环下多出口的管理方式和同步场景完全不同:单线程

Python在静态出口IP产品中的实战:从地址漂移巡检到多IP故障切换
Python在静态出口IP产品中的实战:从地址漂移巡检到多IP故障切换

写在前面:为什么静态出口 IP 不是"买了就行"不少团队在引入静态出口 IP 产品时,第一反应往往是:“地址配上去,这事就算完了。”可真到了真实业务里,静态出口 IP 真正能体现价值的地方,往往不在分配这一步,而在分配之后怎么管:地址有没有漂移,质量是否达标,某一条线路突然不可用时怎么切换,连接层又

查看更多
精品专题 更多
装机必备
装机必备

正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

Windows
Windows

正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

macOS软件
macOS软件

正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

Mac软件 更多
灵活计算器
灵活计算器
macOS/iOS/Android

灵活计算器是一款笔记式算数应用,支持实时计算、动态关联和云端同步功能。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

赤友清理大师
赤友清理大师
macOS

赤友清理大师是一款为 Mac 设计的智能清理优化工具,可精准扫描垃圾、大文件、重复文件等,释放磁盘空间。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

极度公式
极度公式
Windows/macOS/Linux

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

WINDOWS 更多
Windows 10
Windows 10
Windows

Windows 10 是一款微软推出的经典操作系统,拥有硬件兼容性与多任务处理能力。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

极度公式
极度公式
Windows/macOS/Linux

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

密码键盘
密码键盘
Windows/macOS/iOS/Android

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。