Стратегии тестирования метода pandas read_xml ()

В настоящее время инструменты ввода-вывода pandas не поддерживают read_xml()метод и его аналог to_xml(). Однако read_jsonдоказано , что древовидные структуры могут быть реализованы для импорта фреймов данных и read_htmlдля форматов разметки.

Если команда панды действительно считает такой read_xmlметод для версии будущих панд, какая реализации они будут продолжать: разбор со встроенными xml.etree.ElementTreeс его iterfind()или iterparse()функцией или модулем третьей стороной, lxmlс помощью XPath 1.0 и XSLT 1.0 методов?

Ниже приведены мои тестовые прогоны для четырех типов методов для простого, плоского, элементно-ориентированного ввода XML. Все они настроены для обобщенного синтаксического анализа для любых дочерних элементов второго уровня root, и каждый метод должен давать точно такой же фрейм данных pandas. Все, кроме последнего, обращается pd.Dataframe()к списку словарей. Метод XSLT преобразует XML в CSV для отлиты StringIO()в pd.read_csv().

Вопрос (состоящий из нескольких частей)

• ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ: Как вы объясните, что iterparseдля больших файлов часто рекомендуется медленнее, поскольку файл анализируется итеративно? Отчасти из-за ifлогических проверок?

• ПАМЯТЬ: Коррелирует ли память ЦП с таймингом вызовов ввода-вывода? XSLT и XPath 1.0, как правило, плохо масштабируются с большими XML-документами, поскольку для анализа весь файл должен быть прочитан в памяти.

• СТРАТЕГИЯ: Список словарей - оптимальная стратегия для Dataframe()звонка? Посмотрите эти интересные ответы: версия генератора и пользовательская версия iterwalk . Оба списка upcast для dataframe.

Входные данные (текущие популярные пользователи Stack Overflow по годам, из которых наши друзья-панды включены)

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<stackoverflow>
  <topusers>
    <user>Gordon Linoff</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/1144035/gordon-linoff</link>
    <location>New York, United States</location>
    <year_rep>5,985</year_rep>
    <total_rep>499,408</total_rep>
    <tag1>sql</tag1>
    <tag2>sql-server</tag2>
    <tag3>mysql</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Günter Zöchbauer</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/217408/g%c3%bcnter-z%c3%b6chbauer</link>
    <location>Linz, Austria</location>
    <year_rep>5,835</year_rep>
    <total_rep>154,439</total_rep>
    <tag1>angular2</tag1>
    <tag2>typescript</tag2>
    <tag3>javascript</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>jezrael</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/2901002/jezrael</link>
    <location>Bratislava, Slovakia</location>
    <year_rep>5,740</year_rep>
    <total_rep>83,237</total_rep>
    <tag1>pandas</tag1>
    <tag2>python</tag2>
    <tag3>dataframe</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>VonC</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/6309/vonc</link>
    <location>France</location>
    <year_rep>5,577</year_rep>
    <total_rep>651,397</total_rep>
    <tag1>git</tag1>
    <tag2>github</tag2>
    <tag3>docker</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Martijn Pieters</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/100297/martijn-pieters</link>
    <location>Cambridge, United Kingdom</location>
    <year_rep>5,337</year_rep>
    <total_rep>525,176</total_rep>
    <tag1>python</tag1>
    <tag2>python-3.x</tag2>
    <tag3>python-2.7</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>T.J. Crowder</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/157247/t-j-crowder</link>
    <location>United Kingdom</location>
    <year_rep>5,258</year_rep>
    <total_rep>508,310</total_rep>
    <tag1>javascript</tag1>
    <tag2>jquery</tag2>
    <tag3>java</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>akrun</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/3732271/akrun</link>
    <location></location>
    <year_rep>5,188</year_rep>
    <total_rep>229,553</total_rep>
    <tag1>r</tag1>
    <tag2>dplyr</tag2>
    <tag3>dataframe</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Wiktor Stribi?ew</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/3832970/wiktor-stribi%c5%bcew</link>
    <location>Warsaw, Poland</location>
    <year_rep>4,948</year_rep>
    <total_rep>158,134</total_rep>
    <tag1>regex</tag1>
    <tag2>javascript</tag2>
    <tag3>c#</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Darin Dimitrov</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/29407/darin-dimitrov</link>
    <location>Sofia, Bulgaria</location>
    <year_rep>4,936</year_rep>
    <total_rep>709,683</total_rep>
    <tag1>c#</tag1>
    <tag2>asp.net-mvc</tag2>
    <tag3>asp.net-mvc-3</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Eric Duminil</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/6419007/eric-duminil</link>
    <location></location>
    <year_rep>4,854</year_rep>
    <total_rep>12,557</total_rep>
    <tag1>ruby</tag1>
    <tag2>ruby-on-rails</tag2>
    <tag3>arrays</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>alecxe</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/771848/alecxe</link>
    <location>New York, United States</location>
    <year_rep>4,723</year_rep>
    <total_rep>233,368</total_rep>
    <tag1>python</tag1>
    <tag2>selenium</tag2>
    <tag3>protractor</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Jean-François Fabre</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/6451573/jean-fran%c3%a7ois-fabre</link>
    <location>Toulouse, France</location>
    <year_rep>4,526</year_rep>
    <total_rep>30,027</total_rep>
    <tag1>python</tag1>
    <tag2>python-3.x</tag2>
    <tag3>python-2.7</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>piRSquared</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/2336654/pirsquared</link>
    <location>Bellevue, WA, United States</location>
    <year_rep>4,482</year_rep>
    <total_rep>41,183</total_rep>
    <tag1>pandas</tag1>
    <tag2>python</tag2>
    <tag3>dataframe</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>CommonsWare</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/115145/commonsware</link>
    <location>Who Wants to Know?</location>
    <year_rep>4,475</year_rep>
    <total_rep>616,135</total_rep>
    <tag1>android</tag1>
    <tag2>java</tag2>
    <tag3>android-intent</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Quentin</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/19068/quentin</link>
    <location>United Kingdom</location>
    <year_rep>4,464</year_rep>
    <total_rep>509,365</total_rep>
    <tag1>javascript</tag1>
    <tag2>html</tag2>
    <tag3>css</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Jon Skeet</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/22656/jon-skeet</link>
    <location>Reading, United Kingdom</location>
    <year_rep>4,348</year_rep>
    <total_rep>921,690</total_rep>
    <tag1>c#</tag1>
    <tag2>java</tag2>
    <tag3>.net</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Felix Kling</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/218196/felix-kling</link>
    <location>Sunnyvale, CA</location>
    <year_rep>4,324</year_rep>
    <total_rep>411,535</total_rep>
    <tag1>javascript</tag1>
    <tag2>jquery</tag2>
    <tag3>asynchronous</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>matt</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/341994/matt</link>
    <location></location>
    <year_rep>4,313</year_rep>
    <total_rep>220,515</total_rep>
    <tag1>swift</tag1>
    <tag2>ios</tag2>
    <tag3>xcode</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Psidom</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/4983450/psidom</link>
    <location>Atlanta, GA, United States</location>
    <year_rep>4,236</year_rep>
    <total_rep>36,950</total_rep>
    <tag1>python</tag1>
    <tag2>pandas</tag2>
    <tag3>r</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Martin R</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/1187415/martin-r</link>
    <location>Germany</location>
    <year_rep>4,195</year_rep>
    <total_rep>269,380</total_rep>
    <tag1>swift</tag1>
    <tag2>ios</tag2>
    <tag3>swift3</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Barmar</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/1491895/barmar</link>
    <location>Arlington, MA</location>
    <year_rep>4,179</year_rep>
    <total_rep>289,989</total_rep>
    <tag1>javascript</tag1>
    <tag2>php</tag2>
    <tag3>jquery</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Alexey Mezenin</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/1227923/alexey-mezenin</link>
    <location>??????</location>
    <year_rep>4,142</year_rep>
    <total_rep>31,602</total_rep>
    <tag1>laravel</tag1>
    <tag2>php</tag2>
    <tag3>laravel-5.3</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>BalusC</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/157882/balusc</link>
    <location>Amsterdam, Netherlands</location>
    <year_rep>4,046</year_rep>
    <total_rep>703,046</total_rep>
    <tag1>java</tag1>
    <tag2>jsf</tag2>
    <tag3>servlets</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>GurV</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/6348498/gurv</link>
    <location></location>
    <year_rep>4,016</year_rep>
    <total_rep>7,932</total_rep>
    <tag1>sql</tag1>
    <tag2>mysql</tag2>
    <tag3>sql-server</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Nina Scholz</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/1447675/nina-scholz</link>
    <location>Berlin, Deutschland</location>
    <year_rep>3,950</year_rep>
    <total_rep>61,135</total_rep>
    <tag1>javascript</tag1>
    <tag2>arrays</tag2>
    <tag3>object</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>JB Nizet</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/571407/jb-nizet</link>
    <location>Saint-Etienne, France</location>
    <year_rep>3,923</year_rep>
    <total_rep>418,780</total_rep>
    <tag1>java</tag1>
    <tag2>hibernate</tag2>
    <tag3>java-8</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Frank van Puffelen</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/209103/frank-van-puffelen</link>
    <location>San Francisco, CA</location>
    <year_rep>3,920</year_rep>
    <total_rep>86,520</total_rep>
    <tag1>firebase</tag1>
    <tag2>firebase-database</tag2>
    <tag3>android</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>dasblinkenlight</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/335858/dasblinkenlight</link>
    <location>United States</location>
    <year_rep>3,886</year_rep>
    <total_rep>475,813</total_rep>
    <tag1>c#</tag1>
    <tag2>java</tag2>
    <tag3>c++</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Tim Biegeleisen</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/1863229/tim-biegeleisen</link>
    <location>Singapore</location>
    <year_rep>3,814</year_rep>
    <total_rep>77,211</total_rep>
    <tag1>sql</tag1>
    <tag2>mysql</tag2>
    <tag3>java</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Greg Hewgill</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/893/greg-hewgill</link>
    <location>Christchurch, New Zealand</location>
    <year_rep>3,796</year_rep>
    <total_rep>529,137</total_rep>
    <tag1>git</tag1>
    <tag2>python</tag2>
    <tag3>git-pull</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>unutbu</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/190597/unutbu</link>
    <location></location>
    <year_rep>3,735</year_rep>
    <total_rep>401,595</total_rep>
    <tag1>python</tag1>
    <tag2>pandas</tag2>
    <tag3>numpy</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Hans Passant</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/17034/hans-passant</link>
    <location>Madison, WI</location>
    <year_rep>3,688</year_rep>
    <total_rep>672,118</total_rep>
    <tag1>c#</tag1>
    <tag2>.net</tag2>
    <tag3>winforms</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Jonathan Leffler</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/15168/jonathan-leffler</link>
    <location>California, USA</location>
    <year_rep>3,649</year_rep>
    <total_rep>455,157</total_rep>
    <tag1>c</tag1>
    <tag2>bash</tag2>
    <tag3>unix</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>paxdiablo</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/14860/paxdiablo</link>
    <location></location>
    <year_rep>3,636</year_rep>
    <total_rep>507,043</total_rep>
    <tag1>c</tag1>
    <tag2>c++</tag2>
    <tag3>bash</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Pranav C Balan</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/3037257/pranav-c-balan</link>
    <location>Ramanthali, Kannur, Kerala, India</location>
    <year_rep>3,604</year_rep>
    <total_rep>64,476</total_rep>
    <tag1>javascript</tag1>
    <tag2>jquery</tag2>
    <tag3>html</tag3>
  </topusers>
  <topusers>
    <user>Suragch</user>
    <link>http://www.stackoverflow.com//users/3681880/suragch</link>
    <location>Hohhot, China</location>
    <year_rep>3,580</year_rep>
    <total_rep>71,032</total_rep>
    <tag1>swift</tag1>
    <tag2>ios</tag2>
    <tag3>android</tag3>
  </topusers>
</stackoverflow>

Методы Python

import xml.etree.ElementTree as et
import pandas as pd
from io import StringIO
from lxml import etree as lxet

def read_xml_iterfind():
    tree = et.parse('Input.xml')

    data = []
    inner = {}
    for el in tree.iterfind('./*'):
        for i in el.iterfind('*'):
            inner[i.tag] = i.text
        data.append(inner)
        inner = {}

    df = pd.DataFrame(data)

def read_xml_iterparse():
    data = []
    inner = {}
    i = 1
    for (ev, el) in et.iterparse(path):
        if i <= 2:
           first_tag = el.tag

        if el.tag == first_tag and len(inner) != 0:
            data.append(inner)            
            inner = {}

        if el.text is not None and len(el.text.strip()) > 0:
            inner[el.tag] = el.text
    i += 1

    df = pd.DataFrame(data)    

def read_xml_lxml_xpath():     
    tree = lxet.parse('Input.xml')

    data = []
    inner = {}
    for el in tree.xpath('/*/*'):
        for i in el:
            inner[i.tag] = i.text
        data.append(inner)
        inner = {}

    df = pd.DataFrame(data)

def read_xml_lxml_xsl():     
    xml = lxet.parse('Input.xml')

    xslstr = '''
    <xsl:transform xmlns:xsl="http://www.w3.org/1999/XSL/Transform" version="1.0">
        <xsl:output version="1.0" encoding="UTF-8" indent="yes"  method="text"/>
        <xsl:strip-space elements="*"/>

        <!-- HEADERS -->
        <xsl:template match = "/*">
            <xsl:for-each select="*[1]/*">
              <xsl:value-of select="local-name()" />
                <xsl:choose>
                   <xsl:when test="position() != last()">
                      <xsl:text>,</xsl:text>
                   </xsl:when>
                   <xsl:otherwise>
                      <xsl:text>&#xa;</xsl:text>
                   </xsl:otherwise>                              
                </xsl:choose>   
            </xsl:for-each>
            <xsl:apply-templates/>
        </xsl:template>

        <!-- DATA ROWS (COMMA-SEPARATED) -->
        <xsl:template match="/*/*" priority="2">    
            <xsl:for-each select="*">
              <xsl:if test="position() = 1">
                   <xsl:text>&quot;</xsl:text>
              </xsl:if>
              <xsl:value-of select="." />
                <xsl:choose>
                   <xsl:when test="position() != last()">
                      <xsl:text>&quot;,&quot;</xsl:text>
                   </xsl:when>
                   <xsl:otherwise>
                      <xsl:text>&quot;&#xa;</xsl:text>
                   </xsl:otherwise>                              
                </xsl:choose>
            </xsl:for-each>
        </xsl:template>

    </xsl:transform>
    '''
    xsl = lxet.fromstring(xslstr)

    transform = lxet.XSLT(xsl)
    newdom = transform(xml)

    df = pd.read_csv(StringIO(str(newdom)))

Сроки (с текущим XML и XML с 25-кратным увеличением дочерних элементов (т. Е. 900 пользовательских записей StackOverflow)

# SHORTER FILE
python -mtimeit -s'import readxml_test_runs as test' 'test.read_xml_iterfind()'
100 loops, best of 3: 3.87 msec per loop

python -mtimeit -s'import readxml_test_runs as test' 'test.read_xml_iterparse()'
100 loops, best of 3: 5.5 msec per loop

python -mtimeit -s'import readxml_test_runs as test' 'test.read_xml_lxml_xpath()'
100 loops, best of 3: 3.86 msec per loop

python -mtimeit -s'import readxml_test_runs as test' 'test.read_xml_lxml_xsl()'
100 loops, best of 3: 5.68 msec per loop

# LARGER FILE
python -mtimeit -n'100' -s'import readxml_test_runs as test' 'test.read_xml_iterfind()'
100 loops, best of 3: 36 msec per loop

python -mtimeit -n'100' -s'import readxml_test_runs as test' 'test.read_xml_iterparse()'
100 loops, best of 3: 78.9 msec per loop

python -mtimeit -n'100' -s'import readxml_test_runs as test' 'test.read_xml_lxml_xpath()'
100 loops, best of 3: 32.7 msec per loop

python -mtimeit -n'100' -s'import readxml_test_runs as test' 'test.read_xml_lxml_xsl()'
100 loops, best of 3: 51.4 msec per loop

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ. Как вы объясните более медленную работу iterparse, которую часто рекомендуют для больших файлов, поскольку файл анализируется итеративно? Отчасти это связано с проверкой логики if?

Я бы предположил, что большее количество кода Python сделает его медленнее, поскольку код Python оценивается каждый раз. Вы пробовали JIT-компилятор, например pypy?

Если я удалю iи использую first_tagтолько, это будет немного быстрее, так что да, отчасти это связано с проверкой логики if:

def read_xml_iterparse2(path):
    data = []
    inner = {}
    first_tag = None
    for (ev, el) in et.iterparse(path):
        if not first_tag:
           first_tag = el.tag

        if el.tag == first_tag and len(inner) != 0:
            data.append(inner)            
            inner = {}

        if el.text is not None and len(el.text.strip()) > 0:
            inner[el.tag] = el.text

    df = pd.DataFrame(data)    

%timeit read_xml_iterparse(path)
# 10 loops, best of 5: 33 ms per loop
%timeit read_xml_iterparse2(path)
# 10 loops, best of 5: 23 ms per loop

Я не был уверен, что понял цель последней ifпроверки, но я также не уверен, почему вы хотели бы потерять элементы, содержащие только пробелы. Удаление последнего ifпоследовательно сокращает немного времени:

def read_xml_iterparse3(path):
    data = []
    inner = {}
    first_tag = None
    for (ev, el) in et.iterparse(path):
        if not first_tag:
           first_tag = el.tag

        if el.tag == first_tag and len(inner) != 0:
            data.append(inner)            
            inner = {}

        inner[el.tag] = el.text

    df = pd.DataFrame(data)    

%timeit read_xml_iterparse(path)
# 10 loops, best of 5: 34.4 ms per loop
%timeit read_xml_iterparse2(path)
# 10 loops, best of 5: 24.5 ms per loop
%timeit read_xml_iterparse3(path)
# 10 loops, best of 5: 20.9 ms per loop

Теперь, с этими улучшениями производительности или без них, ваша версия iterparse, похоже, создает очень большой фрейм данных. Вот вроде бы рабочая, быстрая версия:

def read_xml_iterparse5(path):
    data = []
    inner = {}
    for (ev, el) in et.iterparse(path):
        # /ending parents trigger a new row, and in our case .text is \n followed by spaces.  it would be more reliable to pass 'topusers' to our read_xml_iterparse5 as the .tag to check
        if el.text and el.text[0] == '\n':
            # ignore /stackoverflow
            if inner:
                data.append(inner)
                inner = {}
        else:
            inner[el.tag] = el.text

    return pd.DataFrame(data)    

print(read_xml_iterfind(path).shape)
# (900, 8)
print(read_xml_iterparse(path).shape)
# (7050, 8)
print(read_xml_lxml_xpath(path).shape)
# (900, 8)
print(read_xml_lxml_xsl(path).shape)
# (900, 8)
print(read_xml_iterparse5(path).shape)
# (900, 8)
%timeit read_xml_iterparse5(path)
# 10 loops, best of 5: 20.6 ms per loop

ПАМЯТЬ: Коррелирует ли память ЦП с таймингом вызовов ввода-вывода? XSLT и XPath 1.0, как правило, плохо масштабируются с большими XML-документами, поскольку для анализа весь файл должен быть прочитан в памяти.

Я не совсем уверен, что вы имеете в виду под «вызовами ввода-вывода», но если ваш документ достаточно мал, чтобы поместиться в кеш, тогда все будет намного быстрее, так как он не вытеснит многие другие элементы из кеша.

СТРАТЕГИЯ. Является ли список словарей оптимальной стратегией для вызова Dataframe ()? Посмотрите эти интересные ответы: версия генератора и пользовательская версия iterwalk. Оба списка upcast для dataframe.

Списки используют меньше памяти, поэтому в зависимости от того, сколько столбцов у вас есть, это может иметь заметное значение. Конечно, тогда для этого требуется, чтобы ваши XML-теги были в согласованном порядке, как это и выглядит. DataFrame()Вызов также необходимо будет делать меньше работы, так как она не имеет для поиска ключей в Словаре по каждой строке, чтобы выяснить , какой столбец , если для какого значения.