免費解說常見的6種格式「數據存儲格式有哪些」

在使用python進行數據分析時，Jupyter Notebook是一個非常強力的工具，在數據集不是很大的情況下，我們可以使用pandas輕鬆對txt或csv等純文本格式數據進行讀寫。

然而當數據集的維度或者體積很大時，將數據保存並加載回內存的過程就會變慢，並且每次啟動Jupyter Notebook時都需要等待一段時間直到數據重新加載，這樣csv格式或任何其他純文本格式數據都失去了吸引力。

本文將對pandas支持的多種格式數據在處理數據的不同方面進行比較，包含I/O速度、內存消耗、磁盤佔用空間等指標，試圖找出如何為我們的數據找到一個合適的格式的辦法！

——格式說明

現在對本文進行對比的幾種數據格式進行說明。

CSV：最常用的數據格式
Pickle：用於序列化和反序列化Python對象結構
MessagePack：類似於json，但是更小更塊
HDF5：一種常見的跨平台數據儲存文件
Feather：一個快速、輕量級的存儲框架
Parquet：Apache Hadoop的列式存儲格式

——指標說明

為了找到格式來存儲數據，本文選擇以下指標進行對比。

size_mb：帶有序列化數據幀的文件的大小
save_time：將數據幀保存到磁盤所需的時間
load_time：將先前轉儲的數據幀加載到內存所需的時間
save_ram_delta_mb：在數據幀保存過程中最大的內存消耗增長
load_ram_delta_mb：數據幀加載過程中最大的內存消耗增長

注意，當我們使用有效壓縮的二進制數據格式(例如Parquet)時，最後兩個指標變得非常重要。它們可以幫助我們估算加載串行化數據所需的RAM數量，以及數據大小本身。我們將在下一部分中更詳細地討論這個問題。

——對比

現在開始對前文介紹的5種數據格式進行比較，為了更好地控制序列化的數據結構和屬性我們將使用自己生成的數據集。

下面是生成測試數據的代碼，我們隨機生成具有數字和分類特徵的數據集。數值特徵取自標準正態分布。分類特徵以基數為C的uuid4隨機字符串生成，其中2 <= C <= max_cat_size。

def generate_dataset(n_rows, num_count, cat_count, max_nan=0.1, max_cat_size=100):

    dataset, types = {}, {}
    
    def generate_categories():
        from uuid import uuid4
        category_size = np.random.randint(2, max_cat_size)
        return [str(uuid4()) for _ in range(category_size)]
    
    for col in range(num_count):
        name = f'n{col}'
        values = np.random.normal(0, 1, n_rows)
        nan_cnt = np.random.randint(1, int(max_nan*n_rows))
        index = np.random.choice(n_rows, nan_cnt, replace=False)
        values[index] = np.nan
        dataset[name] = values
        types[name] = 'float32'
        
    for col in range(cat_count):
        name = f'c{col}'
        cats = generate_categories()
        values = np.array(np.random.choice(cats, n_rows, replace=True), dtype=object)
        nan_cnt = np.random.randint(1, int(max_nan*n_rows))
        index = np.random.choice(n_rows, nan_cnt, replace=False)
        values[index] = np.nan
        dataset[name] = values
        types[name] = 'object'
    
    return pd.DataFrame(dataset), types

現在我們以CSV文件保存和加載的性能作為基準。將五個隨機生成的具有百萬個觀測值的數據集轉儲到CSV中，然後讀回內存以獲取平均指標。並且針對具有相同行數的20個隨機生成的數據集測試了每種二進制格式。

同時使用兩種方法進行對比：