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Python使用稀疏矩陣節(jié)省內(nèi)存實(shí)例

 更新時(shí)間：2014年06月27日 11:31:41   投稿：junjie  
這篇文章主要介紹了Python使用稀疏矩陣節(jié)省內(nèi)存實(shí)例,矩陣中非零元素的個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于矩陣元素的總數(shù)，并且非零元素的分布沒有規(guī)律，則稱該矩陣為稀疏矩陣,需要的朋友可以參考下

推薦系統(tǒng)中經(jīng)常需要處理類似user_id, item_id, rating這樣的數(shù)據(jù)，其實(shí)就是數(shù)學(xué)里面的稀疏矩陣，scipy中提供了sparse模塊來解決這個(gè)問題，但scipy.sparse有很多問題不太合用：

1、不能很好的同時(shí)支持data[i, ...]、data[..., j]、data[i, j]快速切片；
2、由于數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中，不能很好的支持海量數(shù)據(jù)處理。

要支持data[i, ...]、data[..., j]的快速切片，需要i或者j的數(shù)據(jù)集中存儲；同時(shí)，為了保存海量的數(shù)據(jù)，也需要把數(shù)據(jù)的一部分放在硬盤上，用內(nèi)存做buffer。這里的解決方案比較簡單，用一個(gè)類Dict的東西來存儲數(shù)據(jù)，對于某個(gè)i（比如9527），它的數(shù)據(jù)保存在dict['i9527']里面，同樣的，對于某個(gè)j（比如3306），它的全部數(shù)據(jù)保存在dict['j3306']里面，需要取出data[9527, ...]的時(shí)候，只要取出dict['i9527']即可，dict['i9527']原本是一個(gè)dict對象，儲存某個(gè)j對應(yīng)的值，為了節(jié)省內(nèi)存空間，我們把這個(gè)dict以二進(jìn)制字符串形式存儲，直接上代碼：

復(fù)制代碼 代碼如下:

'''
Sparse Matrix
'''
import struct
import numpy as np
import bsddb
from cStringIO import StringIO
 
class DictMatrix():
    def __init__(self, container = {}, dft = 0.0):
        self._data  = container
        self._dft   = dft
        self._nums  = 0
 
    def __setitem__(self, index, value):
        try:
            i, j = index
        except:
            raise IndexError('invalid index')
 
        ik = ('i%d' % i)
        # 為了節(jié)省內(nèi)存，我們把j, value打包成字二進(jìn)制字符串
        ib = struct.pack('if', j, value)
        jk = ('j%d' % j)
        jb = struct.pack('if', i, value)
 
        try:
            self._data[ik] += ib
        except:
            self._data[ik] = ib
        try:
            self._data[jk] += jb
        except:
            self._data[jk] = jb
        self._nums += 1
 
    def __getitem__(self, index):
        try:
            i, j = index
        except:
            raise IndexError('invalid index')
 
        if (isinstance(i, int)):
            ik = ('i%d' % i)
            if not self._data.has_key(ik): return self._dft
            ret = dict(np.fromstring(self._data[ik], dtype = 'i4,f4'))
            if (isinstance(j, int)): return ret.get(j, self._dft)
 
        if (isinstance(j, int)):
            jk = ('j%d' % j)
            if not self._data.has_key(jk): return self._dft
            ret = dict(np.fromstring(self._data[jk], dtype = 'i4,f4'))
 
        return ret
 
    def __len__(self):
        return self._nums
 
    def __iter__(

測試代碼：

復(fù)制代碼 代碼如下:

import timeit
timeit.Timer('foo = __main__.data[9527, ...]', 'import __main__').timeit(number = 1000)

消耗1.4788秒，大概讀取一條數(shù)據(jù)1.5ms。
采用類Dict來存儲數(shù)據(jù)的另一個(gè)好處是你可以隨便用內(nèi)存Dict或者其他任何形式的DBM，甚至傳說中的Tokyo Cabinet….

好了，碼完收工。

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