数据分析新星，DuckDB与Pandas处理大数据速度对比

大家好，Pandas库众所周知，适合数据分析新手入门，但在大数据面前却显得处理缓慢。相比之下，开源的DuckDB以其卓越的列式存储性能，在大数据处理上速度惊人，速度远超Pandas。而且，DuckDB配备了Python库，让熟悉SQL的用户能够快速转换，大幅提升数据处理效率，接下来看看这两者在处理超亿级数据时的性能对比。

1.Pandas与DuckDB基准测试设置

下面展示基准测试所用的数据集和Pandas与DuckDB的代码实现。测试基于 M2 Pro MacBook Pro 12/19 核、16 GB 内存设备进行。

1.1 数据集信息

所使用的数据集是纽约市出租车和豪华轿车委员会（TLC）提供的行程记录数据。这些数据是在2024年4月18日从纽约市政府官方网站获取的，可以免费使用（https://www.nyc.gov/site/tlc/about/tlc-trip-record-data.page）。有关数据使用的许可信息，可以在nyc.gov网站上查询。

1.2 基准测试目标

基准测试的目标是使用Pandas和DuckDB两个工具加载Parquet格式的数据文件，进一步计算月度统计信息，包括行程总数、平均持续时间、行驶距离、总车费以及小费金额。

为此，需要生成几个日期时间字段，依据特定时间段对数据进行筛选，并在Pandas中有效管理多级索引。

数据加载完成后，会发现要处理的数据超过1.11亿条：

对于结果，希望得到以下 DataFrame：

1.3 Pandas设置

Pandas是一个为简便数据处理而设计的单线程库，并不擅长快速处理大量数据。

Pandas首先需要将全部数据一次性加载入内存，在处理Parquet文件时，还得依次单独读取每个文件，这一过程并不高效。

此外，使用Pandas时还需应对多级索引重置的繁琐工作，这一步骤是为了使各个列的数据更易于访问：

python 复制代码

import os
import pandas as pd

# 加载数据
base_path = "path/to/the/folder"

parquet_files = [os.path.join(base_path, file) for file in os.listdir(base_path) if file.endswith('.parquet')]

dfs = [pd.read_parquet(file) for file in parquet_files]
df_pd = pd.concat(dfs, ignore_index=True)

# 基准测试函数
def calculate_monthly_taxi_stats_pandas(df: pd.DataFrame) -> pd.DataFrame:
    # ...（此处省略函数实现细节）
    return df

# 运行
res_pandas = calculate_monthly_taxi_stats_pandas(df=df_pd)

2.DuckDB设置

通过Python与DuckDB进行交互有多种方法，但最直接简便的方式是使用类似SQL的命令。实际上，仅需两条SELECT语句，即可实现之前用Pandas编写的代码功能。

DuckDB还内置了一个高效的parquet_scan()函数，能够同时读取指定路径下的所有Parquet文件，大大提高了数据处理的效率:

python 复制代码

import duckdb

# 数据库连接
conn = duckdb.connect()

# 基准测试函数
def calculate_monthly_taxi_stats_duckdb(conn: duckdb.DuckDBPyConnection, path: str) -> pd.DataFrame:
    # ...（此处省略函数实现细节）
    return df

# 运行
res_duckdb = calculate_monthly_taxi_stats_duckdb(conn=conn, path="path/to/the/folder/*parquet")

3.基准测试结果

DuckDB能在两秒之内处理超过1亿条记录的庞大数据集，其速度之快令人难以置信，处理速度比Pandas快352倍。如果能接受DuckDB的某些局限，它肯定是一个可行的Pandas替代品。

4.总结

总的来说，DuckDB能够使用大家熟悉的SQL语言来快速编写并执行数据聚合查询，速度提升了几个数量级。

DuckDB还支持多种文件格式，包括JSON、CSV和Excel，并且能够与多家数据库厂商的产品兼容。如果你打算在更专业的环境下使用DuckDB，你将有很多灵活的选择。