1566 Stimmen

Zusammenführen von Datenrahmen (innen, außen, links, rechts)

Gegeben sind zwei Datenrahmen:

df1 = data.frame(CustomerId = c(1:6), Product = c(rep("Toaster", 3), rep("Radio", 3)))
df2 = data.frame(CustomerId = c(2, 4, 6), State = c(rep("Alabama", 2), rep("Ohio", 1)))

df1
#  CustomerId Product
#           1 Toaster
#           2 Toaster
#           3 Toaster
#           4   Radio
#           5   Radio
#           6   Radio

df2
#  CustomerId   State
#           2 Alabama
#           4 Alabama
#           6    Ohio

Wie kann ich den Datenbankstil, d.h., sql-stil, joins ? Das heißt, wie bekomme ich:

  • Eine innere Verknüpfung de df1 y df2 :
    Gibt nur die Zeilen zurück, in denen die linke Tabelle übereinstimmende Schlüssel in der rechten Tabelle hat.
  • Eine äußere Verbindung de df1 y df2 :
    Gibt alle Zeilen aus beiden Tabellen zurück, verbindet Datensätze aus der linken Tabelle, die übereinstimmende Schlüssel in der rechten Tabelle haben.
  • A Left Outer Join (oder einfach Left Join) de df1 y df2
    Gibt alle Zeilen aus der linken Tabelle und alle Zeilen mit übereinstimmenden Schlüsseln aus der rechten Tabelle zurück.
  • A rechte äußere Verbindung de df1 y df2
    Gibt alle Zeilen aus der rechten Tabelle und alle Zeilen mit übereinstimmenden Schlüsseln aus der linken Tabelle zurück.

Extra Kredit:

Wie kann ich eine SQL-ähnliche Select-Anweisung ausführen?

2 Stimmen

Der Spickzettel "Data Transformation with dplyr", der von RStudio erstellt und gepflegt wird, enthält auch schöne Infografiken darüber, wie Joins in dplyr funktionieren rstudio.com/resources/cheatsheets

5 Stimmen

Wenn Sie stattdessen hierher gekommen sind, um etwas über die Zusammenlegung von Pandas Dataframes, diese Ressource kann gefunden werden aquí .

1 Stimmen

Für @isomorphismes Link ist hier eine aktuelle archivierte Version: web.archive.org/web/20190312112515/http://stat545.com/…

101voto

jangorecki Punkte 15157

Aktualisierung der data.table-Methoden zur Verknüpfung von Datensätzen. Siehe unten Beispiele für jede Art der Verknüpfung. Es gibt zwei Methoden, eine von [.data.table wenn die zweite data.table als erstes Argument an subset übergeben wird, ist eine andere Möglichkeit die Verwendung von merge Funktion, die die schnelle data.table-Methode aufruft.

df1 = data.frame(CustomerId = c(1:6), Product = c(rep("Toaster", 3), rep("Radio", 3)))
df2 = data.frame(CustomerId = c(2L, 4L, 7L), State = c(rep("Alabama", 2), rep("Ohio", 1))) # one value changed to show full outer join

library(data.table)

dt1 = as.data.table(df1)
dt2 = as.data.table(df2)
setkey(dt1, CustomerId)
setkey(dt2, CustomerId)
# right outer join keyed data.tables
dt1[dt2]

setkey(dt1, NULL)
setkey(dt2, NULL)
# right outer join unkeyed data.tables - use `on` argument
dt1[dt2, on = "CustomerId"]

# left outer join - swap dt1 with dt2
dt2[dt1, on = "CustomerId"]

# inner join - use `nomatch` argument
dt1[dt2, nomatch=NULL, on = "CustomerId"]

# anti join - use `!` operator
dt1[!dt2, on = "CustomerId"]

# inner join - using merge method
merge(dt1, dt2, by = "CustomerId")

# full outer join
merge(dt1, dt2, by = "CustomerId", all = TRUE)

# see ?merge.data.table arguments for other cases

Die nachstehenden Benchmark-Tests basieren auf R, sqldf, dplyr und data.table.
Der Benchmark testet unverschlüsselte/unindizierte Datensätze. Der Benchmark wird mit 50M-1 Datensätzen durchgeführt, es gibt 50M-2 gemeinsame Werte in der Join-Spalte, so dass jedes Szenario (inner, left, right, full) getestet werden kann und der Join immer noch nicht trivial ist, um ihn durchzuführen. Es handelt sich um eine Art von Join, die die Join-Algorithmen gut beansprucht. Die Zeitangaben beziehen sich auf sqldf:0.4.11 , dplyr:0.7.8 , data.table:1.12.0 .

# inner
Unit: seconds
   expr       min        lq      mean    median        uq       max neval
   base 111.66266 111.66266 111.66266 111.66266 111.66266 111.66266     1
  sqldf 624.88388 624.88388 624.88388 624.88388 624.88388 624.88388     1
  dplyr  51.91233  51.91233  51.91233  51.91233  51.91233  51.91233     1
     DT  10.40552  10.40552  10.40552  10.40552  10.40552  10.40552     1
# left
Unit: seconds
   expr        min         lq       mean     median         uq        max 
   base 142.782030 142.782030 142.782030 142.782030 142.782030 142.782030     
  sqldf 613.917109 613.917109 613.917109 613.917109 613.917109 613.917109     
  dplyr  49.711912  49.711912  49.711912  49.711912  49.711912  49.711912     
     DT   9.674348   9.674348   9.674348   9.674348   9.674348   9.674348       
# right
Unit: seconds
   expr        min         lq       mean     median         uq        max
   base 122.366301 122.366301 122.366301 122.366301 122.366301 122.366301     
  sqldf 611.119157 611.119157 611.119157 611.119157 611.119157 611.119157     
  dplyr  50.384841  50.384841  50.384841  50.384841  50.384841  50.384841     
     DT   9.899145   9.899145   9.899145   9.899145   9.899145   9.899145     
# full
Unit: seconds
  expr       min        lq      mean    median        uq       max neval
  base 141.79464 141.79464 141.79464 141.79464 141.79464 141.79464     1
 dplyr  94.66436  94.66436  94.66436  94.66436  94.66436  94.66436     1
    DT  21.62573  21.62573  21.62573  21.62573  21.62573  21.62573     1

Beachten Sie, dass es auch andere Arten von Verbindungen gibt, die Sie mit data.table :
- Update zum Beitritt - wenn Sie Werte aus einer anderen Tabelle in Ihrer Haupttabelle nachschlagen wollen
- Aggregat auf Join - Wenn Sie den Schlüssel, dem Sie beitreten, aggregieren möchten, müssen Sie nicht alle Beitrittsergebnisse materialisieren.
- überlappende Verbindung - wenn Sie nach Bereichen zusammenführen wollen
- Rollfuge - wenn Sie möchten, dass die Zusammenführung mit Werten aus vorangehenden/nachfolgenden Zeilen übereinstimmt, indem Sie sie vorwärts oder rückwärts rollen
- ungleiche Verbindung - wenn Ihre Verknüpfungsbedingung nicht gleich ist

Code zum Reproduzieren:

library(microbenchmark)
library(sqldf)
library(dplyr)
library(data.table)
sapply(c("sqldf","dplyr","data.table"), packageVersion, simplify=FALSE)

n = 5e7
set.seed(108)
df1 = data.frame(x=sample(n,n-1L), y1=rnorm(n-1L))
df2 = data.frame(x=sample(n,n-1L), y2=rnorm(n-1L))
dt1 = as.data.table(df1)
dt2 = as.data.table(df2)

mb = list()
# inner join
microbenchmark(times = 1L,
               base = merge(df1, df2, by = "x"),
               sqldf = sqldf("SELECT * FROM df1 INNER JOIN df2 ON df1.x = df2.x"),
               dplyr = inner_join(df1, df2, by = "x"),
               DT = dt1[dt2, nomatch=NULL, on = "x"]) -> mb$inner

# left outer join
microbenchmark(times = 1L,
               base = merge(df1, df2, by = "x", all.x = TRUE),
               sqldf = sqldf("SELECT * FROM df1 LEFT OUTER JOIN df2 ON df1.x = df2.x"),
               dplyr = left_join(df1, df2, by = c("x"="x")),
               DT = dt2[dt1, on = "x"]) -> mb$left

# right outer join
microbenchmark(times = 1L,
               base = merge(df1, df2, by = "x", all.y = TRUE),
               sqldf = sqldf("SELECT * FROM df2 LEFT OUTER JOIN df1 ON df2.x = df1.x"),
               dplyr = right_join(df1, df2, by = "x"),
               DT = dt1[dt2, on = "x"]) -> mb$right

# full outer join
microbenchmark(times = 1L,
               base = merge(df1, df2, by = "x", all = TRUE),
               dplyr = full_join(df1, df2, by = "x"),
               DT = merge(dt1, dt2, by = "x", all = TRUE)) -> mb$full

lapply(mb, print) -> nul

0 Stimmen

Ist es sinnvoll, ein Beispiel hinzuzufügen, das zeigt, wie man verschiedene Spaltennamen in der on = auch?

2 Stimmen

@Symbolix können wir auf die Version 1.9.8 warten, da sie nicht-äquivalente Verknüpfungsoperatoren zu on arg

0 Stimmen

Ein weiterer Gedanke: Ist es sinnvoll, einen Hinweis hinzuzufügen, dass bei merge.data.table gibt es den Standard sort = TRUE Argument, das einen Schlüssel während des Zusammenführens hinzufügt und ihn im Ergebnis belässt. Dies ist etwas, worauf man achten sollte, besonders wenn man versucht, das Setzen von Schlüsseln zu vermeiden.

94voto

maj Punkte 2359

Neu im Jahr 2014:

Vor allem, wenn Sie sich auch für Datenmanipulation im Allgemeinen interessieren (einschließlich Sortieren, Filtern, Subsetting, Zusammenfassen usw.), sollten Sie unbedingt einen Blick auf dplyr die mit einer Vielzahl von Funktionen ausgestattet ist, die Ihnen die Arbeit mit Datenrahmen und bestimmten anderen Datenbanktypen erleichtern sollen. Es bietet sogar eine ziemlich ausgefeilte SQL-Schnittstelle und sogar eine Funktion, um (den meisten) SQL-Code direkt in R zu konvertieren.

Die vier Funktionen im Paket dplyr, die sich auf das Zusammenfügen beziehen, sind (um zu zitieren):

  • inner_join(x, y, by = NULL, copy = FALSE, ...) : gibt alle Zeilen aus x, für die es übereinstimmende Werte in y gibt, und alle Spalten von x und y
  • left_join(x, y, by = NULL, copy = FALSE, ...) alle Zeilen von x und alle Spalten von x und y zurückgeben
  • semi_join(x, y, by = NULL, copy = FALSE, ...) : gibt alle Zeilen von x zurück, für die es übereinstimmende Werte in y gibt, wobei nur die Spalten von x erhalten bleiben.
  • anti_join(x, y, by = NULL, copy = FALSE, ...) : gibt alle Zeilen von x zurück wo es keine übereinstimmenden Werte in y gibt, und nur die Spalten von x

Es ist alles aquí in allen Einzelheiten.

Die Auswahl von Spalten kann erfolgen durch select(df,"column") . Wenn Ihnen das nicht SQL-ähnlich genug ist, dann gibt es noch die sql() Funktion, in die Sie den aktuellen SQL-Code eingeben können, der dann die von Ihnen angegebene Operation ausführt, als ob Sie die ganze Zeit in R geschrieben hätten (weitere Informationen finden Sie in der dplyr/Datenbanken Vignette ). Zum Beispiel, wenn richtig angewendet, sql("SELECT * FROM hflights") wählt alle Spalten aus der Dplyr-Tabelle "hflights" (eine "tbl") aus.

0 Stimmen

Angesichts der Bedeutung, die das Paket dplyr in den letzten zwei Jahren erlangt hat, definitiv die beste Lösung.

40voto

smci Punkte 29317

Dplyr seit 0.4 implementiert all diese Verknüpfungen einschließlich outer_join aber es war erwähnenswert, dass für die ersten paar Versionen vor 0.4 bot es keine outer_join und als Ergebnis gab es eine Menge wirklich schlechte hacky Workaround-Benutzer-Code im Umlauf für eine ganze Weile danach (Sie können immer noch solche Code in SO, Kaggle Antworten, Github aus dieser Zeit finden. Daher dient diese Antwort noch einen nützlichen Zweck).

Join-bezogen Release-Highlights :

v0.5 (6/2016)

  • Behandlung von POSIXct-Typ, Zeitzonen, Duplikaten, verschiedenen Faktorstufen. Bessere Fehler und Warnungen.
  • Neues Suffix-Argument, um zu steuern, welches Suffix duplizierte Variablennamen erhalten (#1296)

v0.4.0 (1/2015)

v0.3 (10/2014)

  • Jetzt kann left_join über verschiedene Variablen in jeder Tabelle erfolgen: df1 %>% left_join(df2, c("var1" = "var2"))

v0.2 (5/2014)

  • *_join() sortiert Spaltennamen nicht mehr neu (#324)

v0.1.3 (4/2014)

Abhilfemaßnahmen gemäß Hadleys Kommentaren in dieser Ausgabe:

  • rechts_verbinden (x,y) ist dasselbe wie left_join(y,x) in Bezug auf die Zeilen, nur die Spalten haben eine andere Reihenfolge. Dies lässt sich leicht mit select(new_column_order) umgehen.
  • äußere_Verknüpfung ist im Grunde union(left_join(x, y), right_join(x, y)) - d.h. alle Zeilen in beiden Datenrahmen bleiben erhalten.

2 Stimmen

@Gregor: Nein, es sollte nicht gelöscht werden. Es ist wichtig für R-Benutzer zu wissen, dass Join-Fähigkeiten viele Jahre lang fehlten, da der meiste Code da draußen Workarounds oder manuelle Ad-hoc-Implementierungen oder Ad-hoc-Maßnahmen mit Vektoren von Indizes enthält, oder noch schlimmer, diese Pakete oder Operationen überhaupt nicht verwendet. Jede Woche sehe ich solche Fragen auf SO. Wir werden die Verwirrung noch viele Jahre lang ungeschehen machen.

0 Stimmen

@Gregor und andere, die gefragt haben: aktualisiert, mit einer Zusammenfassung der historischen Änderungen und der Dinge, die mehrere Jahre lang fehlten, als diese Frage gestellt wurde. Dies veranschaulicht, warum Code aus dieser Zeit sehr hacky war oder die Verwendung von Dplyr-Joins vermied und auf Merge zurückgriff. Wenn Sie sich historische Codebasen auf SO und Kaggle ansehen, können Sie immer noch die Verzögerung bei der Einführung und den daraus resultierenden verwirrten Code der Benutzer sehen. Lassen Sie es mich wissen, wenn Sie diese Antwort immer noch für unzureichend halten.

0 Stimmen

@Gregor: Diejenigen von uns, die es Mitte 2014 eingeführt haben, haben nicht den besten Zeitpunkt gewählt. (Ich dachte, es gäbe frühere Versionen (0.0.x) im Jahr 2013, aber nein, mein Fehler). Unabhängig davon gab es immer noch eine Menge Mist Code gut in 2015, das war, was mich motiviert, dies zu posten, ich habe versucht, die crud ich auf Kaggle, github, SO gefunden zu entmystifizieren.

36voto

bgoldst Punkte 32246

Für den Fall einer linken Verbindung mit einer 0..*:0..1 Kardinalität oder eine rechte Verknüpfung mit einer 0..1:0..* Kardinalität ist es möglich, die einseitigen Spalten aus dem Joiner an Ort und Stelle zuzuweisen (die 0..1 Tabelle) direkt auf den Joinee (die 0..* Tabelle) und vermeiden so die Erstellung einer völlig neuen Datentabelle. Dazu ist es erforderlich, die Schlüsselspalten des Joinees in den Joiner zu übernehmen und die Zeilen des Joiners für die Zuordnung entsprechend zu indizieren und anzuordnen.

Wenn der Schlüssel eine einzelne Spalte ist, kann ein einziger Aufruf von match() um den Abgleich vorzunehmen. Dies ist der Fall, den ich in dieser Antwort behandeln werde.

Hier ist ein Beispiel, das auf dem OP basiert, mit dem Unterschied, dass ich eine zusätzliche Zeile hinzugefügt habe df2 mit einer ID von 7, um den Fall eines nicht übereinstimmenden Schlüssels im Joiner zu testen. Dies ist effektiv df1 linke Spalte df2 :

df1 <- data.frame(CustomerId=1:6,Product=c(rep('Toaster',3L),rep('Radio',3L)));
df2 <- data.frame(CustomerId=c(2L,4L,6L,7L),State=c(rep('Alabama',2L),'Ohio','Texas'));
df1[names(df2)[-1L]] <- df2[match(df1[,1L],df2[,1L]),-1L];
df1;
##   CustomerId Product   State
## 1          1 Toaster    <NA>
## 2          2 Toaster Alabama
## 3          3 Toaster    <NA>
## 4          4   Radio Alabama
## 5          5   Radio    <NA>
## 6          6   Radio    Ohio

In der obigen Tabelle habe ich die Annahme fest einkodiert, dass die Schlüsselspalte die erste Spalte beider Eingabetabellen ist. Ich würde behaupten, dass dies im Allgemeinen keine unvernünftige Annahme ist, denn wenn Sie einen data.frame mit einer Schlüsselspalte haben, wäre es seltsam, wenn diese nicht von Anfang an als erste Spalte des data.frame eingerichtet worden wäre. Und Sie können die Spalten jederzeit neu anordnen, um dies zu erreichen. Eine vorteilhafte Folge dieser Annahme ist, dass der Name der Schlüsselspalte nicht hart kodiert werden muss, obwohl ich vermute, dass damit nur eine Annahme durch eine andere ersetzt wird. Ein weiterer Vorteil der Integer-Indizierung ist neben der Geschwindigkeit auch die Übersichtlichkeit. In den folgenden Benchmarks werde ich die Implementierung so ändern, dass sie die Indizierung von Zeichenkettennamen verwendet, um mit den konkurrierenden Implementierungen übereinzustimmen.

Ich denke, dass dies eine besonders geeignete Lösung ist, wenn Sie mehrere Tabellen haben, die Sie mit einer einzigen großen Tabelle verknüpfen möchten. Es wäre unnötig und ineffizient, die gesamte Tabelle für jede Zusammenführung neu zu erstellen.

Wenn Sie jedoch benötigen, dass der Joinee aus irgendeinem Grund durch diese Operation unverändert bleibt, kann diese Lösung nicht verwendet werden, da sie den Joinee direkt verändert. Allerdings könnten Sie in diesem Fall einfach eine Kopie erstellen und die In-Place-Zuweisung(en) an der Kopie vornehmen.


Nebenbei bemerkt, habe ich mich kurz mit möglichen Anpassungslösungen für mehrspaltige Schlüssel beschäftigt. Leider waren die einzigen passenden Lösungen, die ich gefunden habe:

  • ineffiziente Verkettungen, z. B. match(interaction(df1$a,df1$b),interaction(df2$a,df2$b)) oder die gleiche Idee mit paste() .
  • ineffiziente kartesische Konjunktionen, z. B. outer(df1$a,df2$a,`==`) & outer(df1$b,df2$b,`==`) .
  • Basis R merge() und äquivalente paketbasierte Zusammenführungsfunktionen, die immer eine neue Tabelle zuweisen, um das zusammengeführte Ergebnis zurückzugeben, und sich daher nicht für eine auf einer In-Place-Zuweisung basierende Lösung eignen.

Zum Beispiel, siehe Mehrere Spalten in verschiedenen Datenrahmen abgleichen und andere Spalte als Ergebnis erhalten , zwei Spalten mit zwei anderen Spalten abgleichen , Abgleich über mehrere Spalten und das Duplikat dieser Frage, bei dem ich ursprünglich auf die In-Place-Lösung kam, Kombinieren von zwei Datenrahmen mit unterschiedlicher Anzahl von Zeilen in R .


Benchmarking

Ich beschloss, ein eigenes Benchmarking durchzuführen, um zu sehen, wie der Ansatz der Direktzuweisung im Vergleich zu den anderen Lösungen, die für diese Frage angeboten wurden, abschneidet.

Test-Code:

library(microbenchmark);
library(data.table);
library(sqldf);
library(plyr);
library(dplyr);

solSpecs <- list(
    merge=list(testFuncs=list(
        inner=function(df1,df2,key) merge(df1,df2,key),
        left =function(df1,df2,key) merge(df1,df2,key,all.x=T),
        right=function(df1,df2,key) merge(df1,df2,key,all.y=T),
        full =function(df1,df2,key) merge(df1,df2,key,all=T)
    )),
    data.table.unkeyed=list(argSpec='data.table.unkeyed',testFuncs=list(
        inner=function(dt1,dt2,key) dt1[dt2,on=key,nomatch=0L,allow.cartesian=T],
        left =function(dt1,dt2,key) dt2[dt1,on=key,allow.cartesian=T],
        right=function(dt1,dt2,key) dt1[dt2,on=key,allow.cartesian=T],
        full =function(dt1,dt2,key) merge(dt1,dt2,key,all=T,allow.cartesian=T) ## calls merge.data.table()
    )),
    data.table.keyed=list(argSpec='data.table.keyed',testFuncs=list(
        inner=function(dt1,dt2) dt1[dt2,nomatch=0L,allow.cartesian=T],
        left =function(dt1,dt2) dt2[dt1,allow.cartesian=T],
        right=function(dt1,dt2) dt1[dt2,allow.cartesian=T],
        full =function(dt1,dt2) merge(dt1,dt2,all=T,allow.cartesian=T) ## calls merge.data.table()
    )),
    sqldf.unindexed=list(testFuncs=list( ## note: must pass connection=NULL to avoid running against the live DB connection, which would result in collisions with the residual tables from the last query upload
        inner=function(df1,df2,key) sqldf(paste0('select * from df1 inner join df2 using(',paste(collapse=',',key),')'),connection=NULL),
        left =function(df1,df2,key) sqldf(paste0('select * from df1 left join df2 using(',paste(collapse=',',key),')'),connection=NULL),
        right=function(df1,df2,key) sqldf(paste0('select * from df2 left join df1 using(',paste(collapse=',',key),')'),connection=NULL) ## can't do right join proper, not yet supported; inverted left join is equivalent
        ##full =function(df1,df2,key) sqldf(paste0('select * from df1 full join df2 using(',paste(collapse=',',key),')'),connection=NULL) ## can't do full join proper, not yet supported; possible to hack it with a union of left joins, but too unreasonable to include in testing
    )),
    sqldf.indexed=list(testFuncs=list( ## important: requires an active DB connection with preindexed main.df1 and main.df2 ready to go; arguments are actually ignored
        inner=function(df1,df2,key) sqldf(paste0('select * from main.df1 inner join main.df2 using(',paste(collapse=',',key),')')),
        left =function(df1,df2,key) sqldf(paste0('select * from main.df1 left join main.df2 using(',paste(collapse=',',key),')')),
        right=function(df1,df2,key) sqldf(paste0('select * from main.df2 left join main.df1 using(',paste(collapse=',',key),')')) ## can't do right join proper, not yet supported; inverted left join is equivalent
        ##full =function(df1,df2,key) sqldf(paste0('select * from main.df1 full join main.df2 using(',paste(collapse=',',key),')')) ## can't do full join proper, not yet supported; possible to hack it with a union of left joins, but too unreasonable to include in testing
    )),
    plyr=list(testFuncs=list(
        inner=function(df1,df2,key) join(df1,df2,key,'inner'),
        left =function(df1,df2,key) join(df1,df2,key,'left'),
        right=function(df1,df2,key) join(df1,df2,key,'right'),
        full =function(df1,df2,key) join(df1,df2,key,'full')
    )),
    dplyr=list(testFuncs=list(
        inner=function(df1,df2,key) inner_join(df1,df2,key),
        left =function(df1,df2,key) left_join(df1,df2,key),
        right=function(df1,df2,key) right_join(df1,df2,key),
        full =function(df1,df2,key) full_join(df1,df2,key)
    )),
    in.place=list(testFuncs=list(
        left =function(df1,df2,key) { cns <- setdiff(names(df2),key); df1[cns] <- df2[match(df1[,key],df2[,key]),cns]; df1; },
        right=function(df1,df2,key) { cns <- setdiff(names(df1),key); df2[cns] <- df1[match(df2[,key],df1[,key]),cns]; df2; }
    ))
);

getSolTypes <- function() names(solSpecs);
getJoinTypes <- function() unique(unlist(lapply(solSpecs,function(x) names(x$testFuncs))));
getArgSpec <- function(argSpecs,key=NULL) if (is.null(key)) argSpecs$default else argSpecs[[key]];

initSqldf <- function() {
    sqldf(); ## creates sqlite connection on first run, cleans up and closes existing connection otherwise
    if (exists('sqldfInitFlag',envir=globalenv(),inherits=F) && sqldfInitFlag) { ## false only on first run
        sqldf(); ## creates a new connection
    } else {
        assign('sqldfInitFlag',T,envir=globalenv()); ## set to true for the one and only time
    }; ## end if
    invisible();
}; ## end initSqldf()

setUpBenchmarkCall <- function(argSpecs,joinType,solTypes=getSolTypes(),env=parent.frame()) {
    ## builds and returns a list of expressions suitable for passing to the list argument of microbenchmark(), and assigns variables to resolve symbol references in those expressions
    callExpressions <- list();
    nms <- character();
    for (solType in solTypes) {
        testFunc <- solSpecs[[solType]]$testFuncs[[joinType]];
        if (is.null(testFunc)) next; ## this join type is not defined for this solution type
        testFuncName <- paste0('tf.',solType);
        assign(testFuncName,testFunc,envir=env);
        argSpecKey <- solSpecs[[solType]]$argSpec;
        argSpec <- getArgSpec(argSpecs,argSpecKey);
        argList <- setNames(nm=names(argSpec$args),vector('list',length(argSpec$args)));
        for (i in seq_along(argSpec$args)) {
            argName <- paste0('tfa.',argSpecKey,i);
            assign(argName,argSpec$args[[i]],envir=env);
            argList[[i]] <- if (i%in%argSpec$copySpec) call('copy',as.symbol(argName)) else as.symbol(argName);
        }; ## end for
        callExpressions[[length(callExpressions)+1L]] <- do.call(call,c(list(testFuncName),argList),quote=T);
        nms[length(nms)+1L] <- solType;
    }; ## end for
    names(callExpressions) <- nms;
    callExpressions;
}; ## end setUpBenchmarkCall()

harmonize <- function(res) {
    res <- as.data.frame(res); ## coerce to data.frame
    for (ci in which(sapply(res,is.factor))) res[[ci]] <- as.character(res[[ci]]); ## coerce factor columns to character
    for (ci in which(sapply(res,is.logical))) res[[ci]] <- as.integer(res[[ci]]); ## coerce logical columns to integer (works around sqldf quirk of munging logicals to integers)
    ##for (ci in which(sapply(res,inherits,'POSIXct'))) res[[ci]] <- as.double(res[[ci]]); ## coerce POSIXct columns to double (works around sqldf quirk of losing POSIXct class) ----- POSIXct doesn't work at all in sqldf.indexed
    res <- res[order(names(res))]; ## order columns
    res <- res[do.call(order,res),]; ## order rows
    res;
}; ## end harmonize()

checkIdentical <- function(argSpecs,solTypes=getSolTypes()) {
    for (joinType in getJoinTypes()) {
        callExpressions <- setUpBenchmarkCall(argSpecs,joinType,solTypes);
        if (length(callExpressions)<2L) next;
        ex <- harmonize(eval(callExpressions[[1L]]));
        for (i in seq(2L,len=length(callExpressions)-1L)) {
            y <- harmonize(eval(callExpressions[[i]]));
            if (!isTRUE(all.equal(ex,y,check.attributes=F))) {
                ex <<- ex;
                y <<- y;
                solType <- names(callExpressions)[i];
                stop(paste0('non-identical: ',solType,' ',joinType,'.'));
            }; ## end if
        }; ## end for
    }; ## end for
    invisible();
}; ## end checkIdentical()

testJoinType <- function(argSpecs,joinType,solTypes=getSolTypes(),metric=NULL,times=100L) {
    callExpressions <- setUpBenchmarkCall(argSpecs,joinType,solTypes);
    bm <- microbenchmark(list=callExpressions,times=times);
    if (is.null(metric)) return(bm);
    bm <- summary(bm);
    res <- setNames(nm=names(callExpressions),bm[[metric]]);
    attr(res,'unit') <- attr(bm,'unit');
    res;
}; ## end testJoinType()

testAllJoinTypes <- function(argSpecs,solTypes=getSolTypes(),metric=NULL,times=100L) {
    joinTypes <- getJoinTypes();
    resList <- setNames(nm=joinTypes,lapply(joinTypes,function(joinType) testJoinType(argSpecs,joinType,solTypes,metric,times)));
    if (is.null(metric)) return(resList);
    units <- unname(unlist(lapply(resList,attr,'unit')));
    res <- do.call(data.frame,c(list(join=joinTypes),setNames(nm=solTypes,rep(list(rep(NA_real_,length(joinTypes))),length(solTypes))),list(unit=units,stringsAsFactors=F)));
    for (i in seq_along(resList)) res[i,match(names(resList[[i]]),names(res))] <- resList[[i]];
    res;
}; ## end testAllJoinTypes()

testGrid <- function(makeArgSpecsFunc,sizes,overlaps,solTypes=getSolTypes(),joinTypes=getJoinTypes(),metric='median',times=100L) {

    res <- expand.grid(size=sizes,overlap=overlaps,joinType=joinTypes,stringsAsFactors=F);
    res[solTypes] <- NA_real_;
    res$unit <- NA_character_;
    for (ri in seq_len(nrow(res))) {

        size <- res$size[ri];
        overlap <- res$overlap[ri];
        joinType <- res$joinType[ri];

        argSpecs <- makeArgSpecsFunc(size,overlap);

        checkIdentical(argSpecs,solTypes);

        cur <- testJoinType(argSpecs,joinType,solTypes,metric,times);
        res[ri,match(names(cur),names(res))] <- cur;
        res$unit[ri] <- attr(cur,'unit');

    }; ## end for

    res;

}; ## end testGrid()

Hier ist ein Benchmark des Beispiels auf der Grundlage des OPs, das ich vorhin gezeigt habe:

## OP's example, supplemented with a non-matching row in df2
argSpecs <- list(
    default=list(copySpec=1:2,args=list(
        df1 <- data.frame(CustomerId=1:6,Product=c(rep('Toaster',3L),rep('Radio',3L))),
        df2 <- data.frame(CustomerId=c(2L,4L,6L,7L),State=c(rep('Alabama',2L),'Ohio','Texas')),
        'CustomerId'
    )),
    data.table.unkeyed=list(copySpec=1:2,args=list(
        as.data.table(df1),
        as.data.table(df2),
        'CustomerId'
    )),
    data.table.keyed=list(copySpec=1:2,args=list(
        setkey(as.data.table(df1),CustomerId),
        setkey(as.data.table(df2),CustomerId)
    ))
);
## prepare sqldf
initSqldf();
sqldf('create index df1_key on df1(CustomerId);'); ## upload and create an sqlite index on df1
sqldf('create index df2_key on df2(CustomerId);'); ## upload and create an sqlite index on df2

checkIdentical(argSpecs);

testAllJoinTypes(argSpecs,metric='median');
##    join    merge data.table.unkeyed data.table.keyed sqldf.unindexed sqldf.indexed      plyr    dplyr in.place         unit
## 1 inner  644.259           861.9345          923.516        9157.752      1580.390  959.2250 270.9190       NA microseconds
## 2  left  713.539           888.0205          910.045        8820.334      1529.714  968.4195 270.9185 224.3045 microseconds
## 3 right 1221.804           909.1900          923.944        8930.668      1533.135 1063.7860 269.8495 218.1035 microseconds
## 4  full 1302.203          3107.5380         3184.729              NA            NA 1593.6475 270.7055       NA microseconds

Hier führe ich einen Benchmark mit zufälligen Eingabedaten durch, wobei ich verschiedene Skalen und verschiedene Muster der Schlüsselüberschneidung zwischen den beiden Eingabetabellen ausprobiere. Dieser Benchmark ist immer noch auf den Fall eines einspaltigen ganzzahligen Schlüssels beschränkt. Um sicherzustellen, dass die In-Place-Lösung sowohl für linke als auch für rechte Joins derselben Tabellen funktioniert, verwenden alle zufälligen Testdaten 0..1:0..1 Kardinalität. Dies wird dadurch erreicht, dass bei der Erstellung der Schlüsselspalte des zweiten Datenrahmens die Schlüsselspalte des ersten Datenrahmens ersatzlos gestrichen wird.

makeArgSpecs.singleIntegerKey.optionalOneToOne <- function(size,overlap) {

    com <- as.integer(size*overlap);

    argSpecs <- list(
        default=list(copySpec=1:2,args=list(
            df1 <- data.frame(id=sample(size),y1=rnorm(size),y2=rnorm(size)),
            df2 <- data.frame(id=sample(c(if (com>0L) sample(df1$id,com) else integer(),seq(size+1L,len=size-com))),y3=rnorm(size),y4=rnorm(size)),
            'id'
        )),
        data.table.unkeyed=list(copySpec=1:2,args=list(
            as.data.table(df1),
            as.data.table(df2),
            'id'
        )),
        data.table.keyed=list(copySpec=1:2,args=list(
            setkey(as.data.table(df1),id),
            setkey(as.data.table(df2),id)
        ))
    );
    ## prepare sqldf
    initSqldf();
    sqldf('create index df1_key on df1(id);'); ## upload and create an sqlite index on df1
    sqldf('create index df2_key on df2(id);'); ## upload and create an sqlite index on df2

    argSpecs;

}; ## end makeArgSpecs.singleIntegerKey.optionalOneToOne()

## cross of various input sizes and key overlaps
sizes <- c(1e1L,1e3L,1e6L);
overlaps <- c(0.99,0.5,0.01);
system.time({ res <- testGrid(makeArgSpecs.singleIntegerKey.optionalOneToOne,sizes,overlaps); });
##     user   system  elapsed
## 22024.65 12308.63 34493.19

Ich habe einen Code geschrieben, um Log-Log-Diagramme der obigen Ergebnisse zu erstellen. Ich habe für jeden Überlappungsprozentsatz eine eigene Darstellung erstellt. Das ist zwar etwas unübersichtlich, aber mir gefällt es, dass alle Lösungstypen und Verknüpfungstypen im selben Diagramm dargestellt werden.

Ich habe eine Spline-Interpolation verwendet, um eine glatte Kurve für jede Kombination von Lösung und Verbindung zu zeigen, die mit individuellen pch-Symbolen gezeichnet wurde. Der Verbindungstyp wird durch das pch-Symbol erfasst, wobei ein Punkt für innen, linke und rechte spitze Klammern für links und rechts und eine Raute für vollständig verwendet werden. Der Lösungstyp wird durch die in der Legende angegebene Farbe dargestellt.

plotRes <- function(res,titleFunc,useFloor=F) {
    solTypes <- setdiff(names(res),c('size','overlap','joinType','unit')); ## derive from res
    normMult <- c(microseconds=1e-3,milliseconds=1); ## normalize to milliseconds
    joinTypes <- getJoinTypes();
    cols <- c(merge='purple',data.table.unkeyed='blue',data.table.keyed='#00DDDD',sqldf.unindexed='brown',sqldf.indexed='orange',plyr='red',dplyr='#00BB00',in.place='magenta');
    pchs <- list(inner=20L,left='<',right='>',full=23L);
    cexs <- c(inner=0.7,left=1,right=1,full=0.7);
    NP <- 60L;
    ord <- order(decreasing=T,colMeans(res[res$size==max(res$size),solTypes],na.rm=T));
    ymajors <- data.frame(y=c(1,1e3),label=c('1ms','1s'),stringsAsFactors=F);
    for (overlap in unique(res$overlap)) {
        x1 <- res[res$overlap==overlap,];
        x1[solTypes] <- x1[solTypes]*normMult[x1$unit]; x1$unit <- NULL;
        xlim <- c(1e1,max(x1$size));
        xticks <- 10^seq(log10(xlim[1L]),log10(xlim[2L]));
        ylim <- c(1e-1,10^((if (useFloor) floor else ceiling)(log10(max(x1[solTypes],na.rm=T))))); ## use floor() to zoom in a little more, only sqldf.unindexed will break above, but xpd=NA will keep it visible
        yticks <- 10^seq(log10(ylim[1L]),log10(ylim[2L]));
        yticks.minor <- rep(yticks[-length(yticks)],each=9L)*1:9;
        plot(NA,xlim=xlim,ylim=ylim,xaxs='i',yaxs='i',axes=F,xlab='size (rows)',ylab='time (ms)',log='xy');
        abline(v=xticks,col='lightgrey');
        abline(h=yticks.minor,col='lightgrey',lty=3L);
        abline(h=yticks,col='lightgrey');
        axis(1L,xticks,parse(text=sprintf('10^%d',as.integer(log10(xticks)))));
        axis(2L,yticks,parse(text=sprintf('10^%d',as.integer(log10(yticks)))),las=1L);
        axis(4L,ymajors$y,ymajors$label,las=1L,tick=F,cex.axis=0.7,hadj=0.5);
        for (joinType in rev(joinTypes)) { ## reverse to draw full first, since it's larger and would be more obtrusive if drawn last
            x2 <- x1[x1$joinType==joinType,];
            for (solType in solTypes) {
                if (any(!is.na(x2[[solType]]))) {
                    xy <- spline(x2$size,x2[[solType]],xout=10^(seq(log10(x2$size[1L]),log10(x2$size[nrow(x2)]),len=NP)));
                    points(xy$x,xy$y,pch=pchs[[joinType]],col=cols[solType],cex=cexs[joinType],xpd=NA);
                }; ## end if
            }; ## end for
        }; ## end for
        ## custom legend
        ## due to logarithmic skew, must do all distance calcs in inches, and convert to user coords afterward
        ## the bottom-left corner of the legend will be defined in normalized figure coords, although we can convert to inches immediately
        leg.cex <- 0.7;
        leg.x.in <- grconvertX(0.275,'nfc','in');
        leg.y.in <- grconvertY(0.6,'nfc','in');
        leg.x.user <- grconvertX(leg.x.in,'in');
        leg.y.user <- grconvertY(leg.y.in,'in');
        leg.outpad.w.in <- 0.1;
        leg.outpad.h.in <- 0.1;
        leg.midpad.w.in <- 0.1;
        leg.midpad.h.in <- 0.1;
        leg.sol.w.in <- max(strwidth(solTypes,'in',leg.cex));
        leg.sol.h.in <- max(strheight(solTypes,'in',leg.cex))*1.5; ## multiplication factor for greater line height
        leg.join.w.in <- max(strheight(joinTypes,'in',leg.cex))*1.5; ## ditto
        leg.join.h.in <- max(strwidth(joinTypes,'in',leg.cex));
        leg.main.w.in <- leg.join.w.in*length(joinTypes);
        leg.main.h.in <- leg.sol.h.in*length(solTypes);
        leg.x2.user <- grconvertX(leg.x.in+leg.outpad.w.in*2+leg.main.w.in+leg.midpad.w.in+leg.sol.w.in,'in');
        leg.y2.user <- grconvertY(leg.y.in+leg.outpad.h.in*2+leg.main.h.in+leg.midpad.h.in+leg.join.h.in,'in');
        leg.cols.x.user <- grconvertX(leg.x.in+leg.outpad.w.in+leg.join.w.in*(0.5+seq(0L,length(joinTypes)-1L)),'in');
        leg.lines.y.user <- grconvertY(leg.y.in+leg.outpad.h.in+leg.main.h.in-leg.sol.h.in*(0.5+seq(0L,length(solTypes)-1L)),'in');
        leg.sol.x.user <- grconvertX(leg.x.in+leg.outpad.w.in+leg.main.w.in+leg.midpad.w.in,'in');
        leg.join.y.user <- grconvertY(leg.y.in+leg.outpad.h.in+leg.main.h.in+leg.midpad.h.in,'in');
        rect(leg.x.user,leg.y.user,leg.x2.user,leg.y2.user,col='white');
        text(leg.sol.x.user,leg.lines.y.user,solTypes[ord],cex=leg.cex,pos=4L,offset=0);
        text(leg.cols.x.user,leg.join.y.user,joinTypes,cex=leg.cex,pos=4L,offset=0,srt=90); ## srt rotation applies *after* pos/offset positioning
        for (i in seq_along(joinTypes)) {
            joinType <- joinTypes[i];
            points(rep(leg.cols.x.user[i],length(solTypes)),ifelse(colSums(!is.na(x1[x1$joinType==joinType,solTypes[ord]]))==0L,NA,leg.lines.y.user),pch=pchs[[joinType]],col=cols[solTypes[ord]]);
        }; ## end for
        title(titleFunc(overlap));
        readline(sprintf('overlap %.02f',overlap));
    }; ## end for
}; ## end plotRes()

titleFunc <- function(overlap) sprintf('R merge solutions: single-column integer key, 0..1:0..1 cardinality, %d%% overlap',as.integer(overlap*100));
plotRes(res,titleFunc,T);

R-merge-benchmark-single-column-integer-key-optional-one-to-one-99

R-merge-benchmark-single-column-integer-key-optional-one-to-one-50

R-merge-benchmark-single-column-integer-key-optional-one-to-one-1


Hier ist ein zweiter großer Benchmark, der in Bezug auf die Anzahl und die Art der Schlüsselspalten sowie die Kardinalität anspruchsvoller ist. Für diesen Benchmark verwende ich drei Schlüsselspalten: eine Zeichen-, eine Ganzzahl- und eine logische Spalte, ohne Einschränkungen hinsichtlich der Kardinalität (d.h., 0..*:0..* ). (Im Allgemeinen ist es nicht ratsam, Schlüsselspalten mit doppelten oder komplexen Werten zu definieren, da der Fließkomma-Vergleich kompliziert ist, und im Grunde verwendet niemand den Rohtyp, schon gar nicht für Schlüsselspalten, daher habe ich diese Typen nicht in die Schlüsselspalten aufgenommen. Zur Information: Ich habe ursprünglich versucht, vier Schlüsselspalten zu verwenden, indem ich eine POSIXct-Schlüsselspalte einfügte, aber der POSIXct-Typ verträgt sich nicht gut mit dem sqldf.indexed Lösung, möglicherweise aufgrund von Anomalien beim Fließkomma-Vergleich, daher habe ich sie entfernt).

makeArgSpecs.assortedKey.optionalManyToMany <- function(size,overlap,uniquePct=75) {

    ## number of unique keys in df1
    u1Size <- as.integer(size*uniquePct/100);

    ## (roughly) divide u1Size into bases, so we can use expand.grid() to produce the required number of unique key values with repetitions within individual key columns
    ## use ceiling() to ensure we cover u1Size; will truncate afterward
    u1SizePerKeyColumn <- as.integer(ceiling(u1Size^(1/3)));

    ## generate the unique key values for df1
    keys1 <- expand.grid(stringsAsFactors=F,
        idCharacter=replicate(u1SizePerKeyColumn,paste(collapse='',sample(letters,sample(4:12,1L),T))),
        idInteger=sample(u1SizePerKeyColumn),
        idLogical=sample(c(F,T),u1SizePerKeyColumn,T)
        ##idPOSIXct=as.POSIXct('2016-01-01 00:00:00','UTC')+sample(u1SizePerKeyColumn)
    )[seq_len(u1Size),];

    ## rbind some repetitions of the unique keys; this will prepare one side of the many-to-many relationship
    ## also scramble the order afterward
    keys1 <- rbind(keys1,keys1[sample(nrow(keys1),size-u1Size,T),])[sample(size),];

    ## common and unilateral key counts
    com <- as.integer(size*overlap);
    uni <- size-com;

    ## generate some unilateral keys for df2 by synthesizing outside of the idInteger range of df1
    keys2 <- data.frame(stringsAsFactors=F,
        idCharacter=replicate(uni,paste(collapse='',sample(letters,sample(4:12,1L),T))),
        idInteger=u1SizePerKeyColumn+sample(uni),
        idLogical=sample(c(F,T),uni,T)
        ##idPOSIXct=as.POSIXct('2016-01-01 00:00:00','UTC')+u1SizePerKeyColumn+sample(uni)
    );

    ## rbind random keys from df1; this will complete the many-to-many relationship
    ## also scramble the order afterward
    keys2 <- rbind(keys2,keys1[sample(nrow(keys1),com,T),])[sample(size),];

    ##keyNames <- c('idCharacter','idInteger','idLogical','idPOSIXct');
    keyNames <- c('idCharacter','idInteger','idLogical');
    ## note: was going to use raw and complex type for two of the non-key columns, but data.table doesn't seem to fully support them
    argSpecs <- list(
        default=list(copySpec=1:2,args=list(
            df1 <- cbind(stringsAsFactors=F,keys1,y1=sample(c(F,T),size,T),y2=sample(size),y3=rnorm(size),y4=replicate(size,paste(collapse='',sample(letters,sample(4:12,1L),T)))),
            df2 <- cbind(stringsAsFactors=F,keys2,y5=sample(c(F,T),size,T),y6=sample(size),y7=rnorm(size),y8=replicate(size,paste(collapse='',sample(letters,sample(4:12,1L),T)))),
            keyNames
        )),
        data.table.unkeyed=list(copySpec=1:2,args=list(
            as.data.table(df1),
            as.data.table(df2),
            keyNames
        )),
        data.table.keyed=list(copySpec=1:2,args=list(
            setkeyv(as.data.table(df1),keyNames),
            setkeyv(as.data.table(df2),keyNames)
        ))
    );
    ## prepare sqldf
    initSqldf();
    sqldf(paste0('create index df1_key on df1(',paste(collapse=',',keyNames),');')); ## upload and create an sqlite index on df1
    sqldf(paste0('create index df2_key on df2(',paste(collapse=',',keyNames),');')); ## upload and create an sqlite index on df2

    argSpecs;

}; ## end makeArgSpecs.assortedKey.optionalManyToMany()

sizes <- c(1e1L,1e3L,1e5L); ## 1e5L instead of 1e6L to respect more heavy-duty inputs
overlaps <- c(0.99,0.5,0.01);
solTypes <- setdiff(getSolTypes(),'in.place');
system.time({ res <- testGrid(makeArgSpecs.assortedKey.optionalManyToMany,sizes,overlaps,solTypes); });
##     user   system  elapsed
## 38895.50   784.19 39745.53

Die sich daraus ergebenden Diagramme, die den gleichen Code wie oben verwenden:

titleFunc <- function(overlap) sprintf('R merge solutions: character/integer/logical key, 0..*:0..* cardinality, %d%% overlap',as.integer(overlap*100));
plotRes(res,titleFunc,F);

R-merge-benchmark-assorted-key-optional-many-to-many-99

R-merge-benchmark-assorted-key-optional-many-to-many-50

R-merge-benchmark-assorted-key-optional-many-to-many-1

2 Stimmen

Sehr schöne Analyse, aber es ist schade, dass Sie die Skala von 10^1 bis 10^6 festgelegt haben, das sind so kleine Mengen, dass der Geschwindigkeitsunterschied fast irrelevant ist. 10^6 bis 10^8 wäre interessant zu sehen!

2 Stimmen

Ich habe auch bemerkt, dass Sie das Timing der Klassenzwang in Benchmark, die es ungültig für Join-Operation macht enthalten.

30voto

BradP Punkte 471

Beim Verbinden von zwei Datenrahmen mit jeweils ~1 Million Zeilen, einer mit 2 Spalten und der andere mit ~20, habe ich überraschenderweise festgestellt merge(..., all.x = TRUE, all.y = TRUE) schneller zu sein als dplyr::full_join() . Dies ist mit dplyr v0.4

Merge dauert ~17 Sekunden, full_join dauert ~65 Sekunden.

Ein paar Anregungen, da ich für Manipulationsaufgaben in der Regel dplyr verwende.

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