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如何按组加速子集

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我曾经用dplyr实现我的数据争论,但有些计算是"slow" . 特别是按组子集,我读到dplyr很慢,当有很多组并基于this benchmark data.table可能会更快,所以我开始学习data.table .

以下是如何使用250k行和大约230k组重现与我的实际数据相近的内容 . 我想按id1,id2进行分组,并为每个组分配 max(datetime) 的行 .

数据

# random datetime generation function by Dirk Eddelbuettel
# https://stackoverflow.com/questions/14720983/efficiently-generate-a-random-sample-of-times-and-dates-between-two-dates
rand.datetime <- function(N, st = "2012/01/01", et = "2015/08/05") {
  st <- as.POSIXct(as.Date(st))
  et <- as.POSIXct(as.Date(et))
  dt <- as.numeric(difftime(et,st,unit="sec"))
  ev <- sort(runif(N, 0, dt))
  rt <- st + ev
}

set.seed(42)
# Creating 230000 ids couples
ids <- data.frame(id1 = stringi::stri_rand_strings(23e4, 9, pattern = "[0-9]"), 
                  id2 = stringi::stri_rand_strings(23e4, 9, pattern = "[0-9]"))
# Repeating randomly the ids[1:2000, ] to create groups
ids <- rbind(ids, ids[sample(1:2000, 20000, replace = TRUE), ])
# Adding random datetime variable and dummy variables to reproduce real datas
datas <- transform(ids, 
                   datetime = rand.datetime(25e4), 
                   var1 = sample(LETTERS[1:6], 25e4, rep = TRUE), 
                   var2 = sample(c(1:10, NA), 25e4, rep = TRUE), 
                   var3 = sample(c(1:10, NA), 25e4, rep = TRUE), 
                   var4 = rand.datetime(25e4), 
                   var5 = rand.datetime(25e4))

datas.tbl <- tbl_df(datas)
datas.dt <- data.table(datas, key = c("id1", "id2"))

我找不到通过data.table分组的直接方式,所以我问了这个问题:Filter rows by groups with data.table

我们建议我使用.SD:

datas.dt[, .SD[datetime == max(datetime)], by = c("id1", "id2")]

但我有两个问题,它适用于日期但不适用于POSIXct(“UseMethod中的错误(”as.data.table“):没有适用于”as.data.table“的方法应用于类”c“的对象POSIXct','POSIXt')“”),这非常慢 . 比如日期:

> system.time({
+   datas.dt[, .SD[as.Date(datetime) == max(as.Date(datetime))], by = c("id1", "id2")]
+ })
 utilisateur     système      écoulé 
      207.03        0.00      207.48

所以我发现使用data.table实现这一目标(以及保持日期时间)要快得多:

功能

f.dplyr <- function(x) x %>% group_by(id1, id2) %>% filter(datetime == max(datetime))
f.dt.i <- function(x) x[x[, .I[datetime == max(datetime)], by = c("id1", "id2")]$V1]
f.dt <- function(x) x[x[, datetime == max(datetime), by = c("id1", "id2")]$V1]

但后来我认为data.table会快得多,与dplyr的时差也没有意义 .

Microbenchmark

mbm <- microbenchmark(
  dplyr = res1 <- f.dplyr(datas.tbl), 
  data.table.I = res2 <- f.dt.i(datas.dt), 
  data.table = res3 <- f.dt(datas.dt), 
  times = 50L)

Unit: seconds
         expr      min       lq     mean   median       uq      max neval
        dplyr 31.84249 32.24055 32.59046 32.61311 32.88703 33.54226    50
 data.table.I 30.02831 30.94621 31.19660 31.17820 31.42888 32.16521    50
   data.table 30.28923 30.84212 31.09749 31.04851 31.40432 31.96351    50

enter image description here

我是否遗漏/滥用data.table?你有想加快这个计算吗?

任何帮助将非常感谢!谢谢


编辑:有关用于微基准测试的系统和软件包版本的一些精确性 . (电脑不是战争机器,12Go i5)

系统

sessionInfo()
R version 3.1.3 (2015-03-09)
Platform: x86_64-w64-mingw32/x64 (64-bit)
Running under: Windows 7 x64 (build 7601) Service Pack 1

locale:
  [1] LC_COLLATE=French_France.1252  LC_CTYPE=French_France.1252   
[3] LC_MONETARY=French_France.1252 LC_NUMERIC=C                  
[5] LC_TIME=French_France.1252    

attached base packages:
  [1] stats     graphics  grDevices utils     datasets  methods   base     

other attached packages:
  [1] readr_0.1.0          ggplot2_1.0.1        microbenchmark_1.4-2
[4] data.table_1.9.4     dplyr_0.4.1          plyr_1.8.2          

loaded via a namespace (and not attached):
  [1] assertthat_0.1   chron_2.3-45     colorspace_1.2-6 DBI_0.3.1       
[5] digest_0.6.8     grid_3.1.3       gtable_0.1.2     lazyeval_0.1.10 
[9] magrittr_1.5     MASS_7.3-39      munsell_0.4.2    parallel_3.1.3  
[13] proto_0.3-10     Rcpp_0.11.5      reshape2_1.4.1   scales_0.2.4    
[17] stringi_0.4-1    stringr_0.6.2    tools_3.1.3 

> packageVersion("data.table")
[1] ‘1.9.4’
> packageVersion("dplyr")
[1] ‘0.4.1’

2 回答

  • 9

    好问题!

    我假设 dfdt 是易于/快速输入的对象名称 .

    df = datas.tbl
    dt = datas.dt
    

    Comparison at -O3 level optimisation:

    首先,这是我的系统在 dplyr 的当前CRAN版本和 data.table 的开发版本上的时间 . dplyr 的devel版本似乎遭受了性能回归(并且正由Romain修复) .

    system.time(df %>% group_by(id1, id2) %>% filter(datetime == max(datetime)))
    #  25.291   0.128  25.610 
    
    system.time(dt[dt[, .I[datetime == max(datetime)], by = c("id1", "id2")]$V1])
    #  17.191   0.075  17.349
    

    我跑了好几次,而且似乎改变了 . 但是,我使用 -O3 优化标志编译所有包(通过适当地设置 ~/.R/Makevars ) . 而且我观察到 data.table 性能比我在 -O3 上比较的其他软件包要好得多 .

    Grouping speed comparison

    其次,了解这种缓慢的原因很重要 . 首先让我们将时间与组合进行比较 .

    system.time(group_by(df, id1, id2))
    #   0.303   0.007   0.311 
    system.time(data.table:::forderv(dt, by = c("id1", "id2"), retGrp = TRUE))
    #   0.002   0.000   0.002
    

    即使总共有250,000行,您的数据大小约为38MB . 在这个尺寸下,分组速度不太可能出现显着差异 .

    data.table 的分组在这里更快 >100x ,显然不是这种缓慢的原因......

    Why is it slow?

    那么's the reason? Let' s打开 datatable.verbose 选项并再次检查:

    options(datatable.verbose = TRUE)
    dt[dt[, .I[datetime == max(datetime)], by = c("id1", "id2")]$V1]
    # Detected that j uses these columns: datetime 
    # Finding groups (bysameorder=TRUE) ... done in 0.002secs. bysameorder=TRUE and o__ is length 0
    # lapply optimization is on, j unchanged as '.I[datetime == max(datetime)]'
    # GForce is on, left j unchanged
    # Old mean optimization is on, left j unchanged.
    # Starting dogroups ... 
    #   memcpy contiguous groups took 0.097s for 230000 groups
    #   eval(j) took 17.129s for 230000 calls
    # done dogroups in 17.597 secs
    

    所以 eval(j) 单独占用了~97%的时间!我们在 j 中提供的表达式针对每个组进行了评估 . 既然你 eval()eval() 的惩罚是一个惩罚,那就加起来了 .

    Avoiding the eval() penalty

    由于我们已经开始实施并开始实现一些常用函数的内部版本: summeanminmax . 这将/应该扩展到尽可能多的其他功能(当我们找到时间) .

    所以,让我们先尝试计算一下获取 max(datetime) 的时间:

    dt.agg = dt[, .(datetime = max(datetime)), by = .(id1, id2)]
    # Detected that j uses these columns: datetime 
    # Finding groups (bysameorder=TRUE) ... done in 0.002secs. bysameorder=TRUE and o__ is length 0
    # lapply optimization is on, j unchanged as 'list(max(datetime))'
    # GForce optimized j to 'list(gmax(datetime))'
    

    而且它是即时的 . 为什么?因为 max() 内部优化为 gmax() ,并且每个230K组都没有 eval() 调用 .

    那么为什么不是 datetime == max(datetime) 瞬间?因为解析这些表达式并在内部进行优化会更复杂,而我们还没有完成它 .

    Workaround

    所以现在我们知道了这个问题,以及一种绕过它的方法,让我们使用它 .

    dt.agg = dt[, .(datetime = max(datetime)), by = .(id1, id2)]
    dt[dt.agg, on = c("id1", "id2", "datetime")] # v1.9.5+
    

    我的Mac需要大约0.14秒 .

    请注意,这只是快速的,因为表达式被优化为 gmax() . 比较它:

    dt[, .(datetime = base::max(datetime)), by = .(id1, id2)]
    

    我同意优化更复杂的表达式以避免 eval() 惩罚是理想的解决方案,但我们还没有 .

  • 21

    如何总结data.table和 join 原始数据

    system.time({
      datas1 <- datas.dt[, list(datetime=max(datetime)), by = c("id1", "id2")] #summarize the data
      setkey(datas1, id1, id2, datetime)
      setkey(datas.dt, id1, id2, datetime)
      datas2 <- datas.dt[datas1]
    })
    #  user  system elapsed 
    # 0.083   0.000   0.084
    

    这正确地过滤了数据

    system.time(dat1 <- datas.dt[datas.dt[, .I[datetime == max(datetime)], by = c("id1", "id2")]$V1])
    #   user  system elapsed 
    # 23.226   0.000  23.256 
    all.equal(dat1, datas2)
    # [1] TRUE
    

    Addendum

    setkey 参数是多余的,如果你使用 data.tabledevel version(感谢@akrun指针)

    system.time({
      datas1 <- datas.dt[, list(datetime=max(datetime)), by = c("id1", "id2")] #summarize the data
      datas2 <- datas.dt[datas1, on=c('id1', 'id2', 'datetime')]
    })
    

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