【数据集处理】Polars库、Parquet 文件
一、Polars 库
Polars 库在数据处理和分析方面具有显著的优势，特别是在性能和效率上。
1. 高性能
Polars 设计的核心目标之一是性能优化，尤其是针对大数据集的处理：
- 多线程执行：Polars 利用 Rust 编写，并且默认使用多线程执行，充分利用多核 CPU 的性能。
- 内存高效：Polars 使用 Apache Arrow 的内存格式，这种列式内存布局有助于高效的内存访问和缓存友好的操作。
- 延迟计算：Polars 使用惰性计算模式，只在需要时才计算结果，避免不必要的中间结果计算，提高整体执行效率。
2. 兼容性和易用性
Polars 提供了与 Pandas 类似的 API，使 Pandas 用户可以很快上手，同时还支持更多的功能：
- Pandas 风格的 API：对于已经熟悉 Pandas 的用户来说，上手 Polars 比较容易，因为它提供了类似的 DataFrame 和操作方法。
- 数据源支持：Polars 支持多种数据源和格式，包括 CSV、Parquet、JSON、SQL 数据库等，方便数据的读取和写入。
3. 丰富的功能
Polars 提供了丰富的功能，涵盖了数据处理和分析的各个方面：
- 灵活的数据操作：Polars 提供了丰富的数据操作函数，包括过滤、选择、排序、分组、聚合、连接等。
- 高级特性：Polars 支持窗口函数、透视表、时间序列操作等高级数据分析功能。
- 自定义表达式：Polars 允许用户定义复杂的表达式和聚合操作，适应各种复杂的分析需求。
4. 可扩展性
Polars 设计之初就考虑了可扩展性，适用于从小数据集到大数据集的各种场景：
- 分布式计算：虽然目前 Polars 主要是单机多线程计算，但其设计允许未来的扩展到分布式计算环境。
- 与其他工具的集成：Polars 可以很好地与其他数据处理工具（如 Dask、Spark）以及机器学习框架（如 Scikit-learn、TensorFlow）集成使用。
5. 类型安全和稳定性
Polars 使用 Rust 编写，Rust 是一种内存安全、线程安全的系统编程语言：
- 内存安全：Rust 的所有权系统和编译时检查确保了 Polars 在内存使用上的安全性，避免了常见的内存泄漏和非法访问问题。
- 稳定性：Rust 的类型系统和严格的编译器检查确保了代码的稳定性和可靠性，减少了运行时错误的发生。
二、Parquet 文件
Parquet 文件格式在数据存储和处理方面有很多优势，特别是在大数据环境中。
1. 高效的存储空间
- 列存储格式：Parquet 使用列式存储，这意味着数据按列而不是按行存储。这种存储方式非常适合大数据分析，因为通常只需要访问数据的某些列。
- 压缩效果好：Parquet 支持多种压缩算法（如 SNAPPY、GZIP），并且由于列式存储的特性，相同类型的数据在同一列中具有高度相似性，从而可以达到更高的压缩比。
2. 读写性能优异
- 快速读取：由于 Parquet 以列为单位存储数据，查询时只需要读取相关列的数据，减少了 I/O 操作，提升了读取性能。
- 适用于批处理：在大数据环境中，Parquet 文件非常适合批处理操作，可以高效地进行大规模数据的读取和写入。
3. 灵活的架构和扩展性
- 支持复杂数据类型：Parquet 支持多种数据类型，包括嵌套结构和复杂类型（如数组、嵌套记录等），这使得它非常适合存储结构化和半结构化数据。
- 跨平台兼容：Parquet 文件格式是跨平台的，可以在不同的编程语言和数据处理引擎（如 Apache Spark、Apache Hive、Apache Impala 等）中使用。
4. 数据一致性和可靠性
- 自描述格式：Parquet 文件包含元数据，这些元数据描述了文件的结构和各列的数据类型，使得数据更具自描述性和自包含性，便于数据共享和交换。
- 高效的并行处理：Parquet 文件的设计使得它们能够很好地支持并行处理，适合在分布式系统中使用，提高了数据处理的效率和可靠性。
5. 社区和生态系统支持
- 广泛采用：Parquet 是一种被广泛采用的数据格式，许多大数据处理框架和工具都支持 Parquet，如 Apache Hadoop、Apache Spark、Apache Drill、Apache Arrow 等。
- 持续改进：作为 Apache 软件基金会的项目，Parquet 不断得到社区的改进和优化，确保其性能和功能不断提升。