突破 Pandas 限制！这些 Python 库让你的数据科学工具箱更强大！
作为一名每天使用 Python进行数据分析的科学家，我对 pandas库早已熟悉。Pandas 是一个功能强大且灵活的库，提供了许多易于使用的 API，便于数据处理。然而，Pandas 也存在一些不足，促使人们寻找替代方案。
Pandas 在处理大型数据集时往往表现不佳，主要问题在于其内存使用效率低下，并且在执行某些计算任务时速度较慢。此外，由于 Pandas 并不原生支持并行计算，因此无法利用多核 CPU 来加速处理。
如果你也对 Pandas 的这些限制感到困扰，不妨尝试一些更强大的替代方案。本文将介绍几款能够扩展你数据科学工具箱的优秀 Python 库。
Dask：轻松实现并行计算
我们首先来看 ️Dask。前面提到 Pandas 仅依赖单核 CPU 进行计算，导致执行效率较低，而 Dask 正是为解决这一问题而生。
Dask 的口号是 ️“并行 Python，简单易用”，它通过灵活的并行计算框架扩展了 Pandas 的数据处理能力，从而实现更快的计算性能。
Dask 具有轻量级的计算负载，能够在不依赖额外的虚拟化或编译器的情况下，将工作效率提高 ️50% 以上。它可以利用多个 CPU或分布式计算集群来高效处理大规模数据。此外，Dask 的 API 设计与 Pandas 相似，使得 Pandas 用户可以轻松上手。
安装 Dask pip install dask Dask 示例 import dask.dataframe as dddf = dd.read_CSV('Corona_NLP_test.csv')sentiment_counts = df.groupby('Sentiment').size.computeprint(sentiment_counts)
Dask 的 API 语法与 Pandas 非常相似，但不同的是，️计算只有在调用 compute方法时才会真正触发。
Dask 还支持并行化执行 Python 函数：
from dask import delayedimport timedef slow_process_tweet(tweet): time.sleep(0.5) return len(tweet) if tweet else 0tweets = df["OriginalTweet"].head(10)delayed_results = [delayed(slow_process_tweet)(tweet) for tweet in tweets]total_length = delayed(sum)(delayed_results)result = total_length.compute # 触发并行计算
通过 delayed 修饰符，我们可以轻松地将普通 Python 函数转换为并行任务，提高计算效率。
Polars：高性能数据处理
️Polars是一个开源的数据处理库，它是 Pandas 的强力替代方案，特别适用于大数据量和复杂计算任务。
Polars 结合了 ️Rust和 Python的强大性能，支持多线程计算，极大地提升了数据处理速度。Polars 的 API 设计也与 Pandas 相似，因此很容易上手。
安装 Polars pip install polars Polars 示例 import polars as pldf = pl.read_csv("Corona_NLP_test.csv")print(df.head)print("Shape:", df.shape) print("Columns:", df.columns)
Polars 还支持 ️Lazy Execution（惰性执行），可优化计算流程。例如：
df_lazy = pl.scan_csv("Corona_NLP_test.csv")query = ( df_lazy .select([ pl.col("Location"), pl.col("Sentiment"), pl.count.over("Location").alias("location_tweet_count"), (pl.col("Sentiment") == "Positive").cast(pl.Int32).sum.over("Location").alias("positive_count"), ]).unique)result = query.collectprint(result)
Polars 还支持 ️管道操作，让数据处理更加简洁高效：
result = ( df.lazy .filter(pl.col("Sentiment") == "Positive") .with_columns([ pl.col("OriginalTweet").str.len_chars.alias("tweet_length") ]) .select([ pl.count.alias("num_positive_tweets"), pl.col("tweet_length").mean.alias("avg_length"), pl.col("tweet_length").quantile(0.9).alias("90th_percentile_length") ]) .collect)print(result) PyArrow：高效数据交换
️PyArrow是一个基于 ️Apache Arrow的 Python 库，专注于 ️内存数据交换和高效分析。PyArrow 允许跨不同框架进行零拷贝数据共享，并大幅提高数据读取和写入速度。
安装 PyArrow pip install pyarrow PyArrow 示例
PyArrow 可以在 Pandas 和 Arrow 之间轻松转换：
import pandas as pdimport pyarrow as papd_df = pd.DataFrame({"Location": ["USA", "Canada", "USA"], "Value": [10, 20, 30]})arrow_table = pa.Table.from_pandas(pd_df)back_to_pd = arrow_table.to_pandas
同样，PyArrow 也能够高效读取和处理 CSV：
import pyarrow.csv as pvimport pyarrow.compute as pctable = pv.read_csv('Corona_NLP_test.csv')df = table.to_pandasresult = df.groupby('Location').agg({ 'Sentiment': ['count', lambda x: (x == 'Positive').sum]})result.columns = ['tweet_count', 'positive_count']print(result) PySpark：大规模数据处理
️PySpark是 ️Apache Spark的 Python 版本，专为 ️分布式计算设计，能够处理 ️大规模数据。
Pyspark适用于 ️批处理、SQL查询、实时流处理等多种工作负载，且支持 ️并行计算，极大提高计算效率。
安装 PySpark pip install pyspark PySpark 示例
PySpark语法类似 SQL：
from pyspark.sql import SparkSessionfrom pyspark.sql.functions import col, count, sumspark = SparkSession.builder.appName("example").getOrCreatedf = spark.read.csv('Corona_NLP_test.csv', header=True, inferSchema=True)result = df.groupBy('Location').agg( count('*').alias('tweet_count'), sum((col('Sentiment') == 'Positive').cast('int')).alias('positive_count'))result.show
还可以进行 ️数据透视：
pivoted_df = ( df .groupBy("Location") .pivot("Sentiment") .agg(count("*").alias("count_by_sentiment")))pivoted_df.show
PySpark 还支持 ️数据缓存，避免重复计算：
df.cachedf.countdf.show(5) 总结
Pandas 是最流行的 Python 数据处理库，但它在 ️大规模数据处理和并行计算方面存在一些局限。因此，本文介绍了几个 Pandas 的替代方案：
✅ ️Dask——支持并行计算，提高执行效率
✅ ️Polars——基于 Rust 的高性能数据处理库
✅ ️PyArrow——优化数据交换，提升 IO 速度
✅ ️PySpark——适用于大规模数据计算的分布式计算框架
希望这些工具能帮助你更高效地处理数据！
