python庫polars

https://github.com/pola-rs/polars 

Polars 是一個使用 Rust 編寫的高性能數(shù)據(jù)處理庫，它提供了一個類似于 pandas 的 API，但專注于高效和高速的數(shù)據(jù)處理。

Polars 的語法與 Pandas 非常相似，因此從一個庫到另一個庫的轉(zhuǎn)換非常簡單。

特點

• 高性能：Polars 的底層是用 Rust 編寫的，這使得它在處理大數(shù)據(jù)集時能夠提供出色的性能。

• 內(nèi)存效率：它使用高效的內(nèi)存管理技術(shù)，減少內(nèi)存占用，特別是在處理大型數(shù)據(jù)集時。

• 易用 API：Polars 的 API 設(shè)計類似于 pandas，這對于那些已經(jīng)熟悉 pandas 的用戶來說，學(xué)習(xí)成本較低。

• 多線程和向量化操作：通過優(yōu)化多線程處理和向量化操作，Polars 能夠進(jìn)一步提高處理數(shù)據(jù)的速度。

• 豐富的數(shù)據(jù)操作功能：提供了廣泛的數(shù)據(jù)操作功能，包括過濾、排序、分組、聚合等。

• 矢量化查詢引擎：Polars 使用 Apache Arrow（一種列式數(shù)據(jù)格式）以矢量化方式處理你的查詢。

Polars 提供了兩種主要的 API

DataFrame API 和 Lazy API。這兩種 API 都支持豐富的數(shù)據(jù)操作功能，但它們在處理數(shù)據(jù)的方式上有所不同。

DataFrame API

• 這是 Polars 的立即執(zhí)行 API，類似于 pandas 的使用方式。

• 當(dāng)使用 DataFrame API 時，所有的數(shù)據(jù)操作（如篩選、排序、聚合）都會立即執(zhí)行并返回結(jié)果。

• 這種方式直觀且易于調(diào)試，因為每個步驟的輸出都可以立即查看。

• 適用于數(shù)據(jù)集較小，或者需要立即反饋的場景。

Lazy API

• Lazy API 基于延遲執(zhí)行的概念，這意味著數(shù)據(jù)操作不會立即執(zhí)行。

• 在這種模式下，操作會被視為一系列的指令或計劃，在實際需要結(jié)果時才執(zhí)行。

• 這允許 Polars 對整個操作流程進(jìn)行優(yōu)化，比如合并多個步驟、消除不必要的計算，從而提高整體效率。

• Lazy API 特別適合處理大型數(shù)據(jù)集，因為它可以減少內(nèi)存占用并提高性能

庫的安裝

我們可以直接使用 pip 來進(jìn)行庫的安裝。

pip install polars

性能對比

首先，我們創(chuàng)建一個大型的虛擬數(shù)據(jù)集，它包括 100 萬行和 51 列。

import pandas as pd
import numpy as np
df = pd.DataFrame(np.random.randint(0, 100, size=(1000000, 50))) 
df = df.rename(columns={i:f"x_{i} " for i in range(50)}) 
df["category"] = ["A", "B", "C", "D"] * 2500000
df.to_csv('data.csv')

加載數(shù)據(jù)集

import polars as pl 
df_pl = pl.read_csv("data.csv") 
df_pd = pd.read_csv("data.csv")

過濾操作

我們將對操作進(jìn)行計時，以便我們可以比較 polars 和 Pandas 的性能。

%time df_pd_d = df[df["category"]=="D"] 
%time df_pl_d = df_pl.filter(pl.col("category")=="D")

pandas 使用的時間是 231 ms，而 polars 只需要 70.6 ms

多條件過濾

%time df_pd_d=df_pd[(df_pd["category"] == "D") & (df_pd["x_1 "] > 10)]
%time df_pl_d=df_pl.filter((pl.col("category")=="D") & (pl.col("x_1 ") > 10))

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