pyspark原理简介

概述

这是前段时间在看spark的python支持的时候,简单过了一下pyspark里的python代码,整理了一个大致流程。虽然几乎不会python,但基本上能看懂pyspark是怎么让不同虚拟机之间传输数据的、如何在python环境调用java类的、pyspark SDK的丰富程度取决于什么、需要做些什么流程和封装等。

我看了下,应该只有Pyspark Internals这篇wiki里介绍了pyspark的实现机制,大体是下面这张图就可以表示:


在python driver端,SparkContext利用Py4J启动一个JVM并产生一个JavaSparkContext。Py4J只使用在driver端,用于本地python与java SparkContext objects的通信。大量数据的传输使用的是另一个机制。

RDD在python下的转换会被映射成java环境下PythonRDD。在远端worker机器上,PythonRDD对象启动一些子进程并通过pipes与这些子进程通信,以此send用户代码和数据。


大致流程

java_gateway.py里启动了py4j.JavaGateWay,并从java里导入了所需要的主要类,


python能通过py4j访问jvm的前提是,jvm开启了GatewayServer,而在core工程的deploy工程下,PythonRunner单例里启动了GatewayServer。可能可以理解为py4j是基于socket的一套简单封装了调用java类和方法的协议吧,而且走的本地不同端口。

py4j的包为$SPARK_HOME/python/lib/py4j-0.8.1-src.zip,里面是py4j源码的几个类。


上述java_gateway的launch_gateway()方法是在context.py初始化的时候调用。

context.py初始化的时候,把SparkContext和其部分主要方法加入到了python环境中,所以大多数的调用都是通过py4j直接调用java的类。java的类主要是指core项目里的java api里的内容。序列化采用了cPickle库的PickleSerializer。

 

像python下使用spark sql的话,在sql.py里,从jvm里获取了SQLContext/HiveContext类,从而得到spark sql里的关键方法。

 

另一方面,worker.py里,worker启动的时候会起一个socket,从socket里,可以获取工作目录名字;可以获取PYTHONPATH下的其他要引入的.zip或.egg文件,将其加到file_dir里,这里的反序列化使用的是UTF8Deserializer;可以获取广播的变量,这里的反序列化使用的是PickleSerializer。

在daemon.py里,通过分配socket端口,启动POOLSIZE个worker,(里面还有很多其他细节),使用os.fork的方式创建子进程来启动。

 

在rdd.py里,声明了rdd的很多action和transformations,有些操作会触发数据在python worker上的传输。

传输大量数据的时候,Py4J很慢,因为socket.readline()很低效。传输的时候,把数据(序列化后)dump成一个文件。后续把这个文件反序列化回来后,可以转成python的类型和结构进行查看和输出(如collect),也可以调用PythonRDD的asJavaRDD方法(如PipelinedRDD计算时),在各个worker上启动python进程执行反序列化之后的函数,通过管道与python进程进行通信,最后得到JavaRDD。

 

管道传输利用的是Popen,这样做标准输入



总结

过了一下pyspark是怎么让不同虚拟机之间传输数据并在python环境调用java类的,两者使用的是不同的网络实现方式。


全文完 :)

<think>好的,用户想了解在PySpark中如何实现协同过滤算法,特别是需要一个示例教程。我需要结合提供的引用资料来构建一个清晰的回答。首先,查看用户提供的引用,引用[2]、[3]和[5]提到了PySpark中的MLlib库和协同过滤的实现。特别是引用[3]提到了使用ALS算法,这是PySpark中实现协同过滤的主要方法。 首先,我应该先介绍协同过滤的基本概念,简要说明其类型,比如基于用户的或基于物品的,以及ALS在其中的应用。然后,分步骤讲解如何在PySpark中实现,包括数据准备、模型训练、评估和推荐生成。需要确保代码示例符合用户的要求,使用正确的语法,比如使用DataFrame和ALS类。 需要注意的是,用户提供的引用中有安装PySpark的指令(引用[1]),可能在回答中需要提到安装步骤,但用户的问题主要是实现示例,所以可能放在注意事项里更合适。另外,引用[5]提到了Surprise库,但用户的问题是关于PySpark的,所以这部分可能不相关,但需要确认是否要比较不同库的实现方式,不过用户明确提到PySpark,所以可以忽略Surprise的部分。 接下来,我需要确保代码示例正确,比如导入必要的模块,处理数据,划分数据集,训练模型,进行评估,并生成推荐。同时,要解释每个步骤的作用,比如使用RegressionEvaluator计算RMSE(引用[3])。此外,生成推荐时,可能需要使用recommendForAllUsers方法,如引用[2]中提到的。 另外,用户要求生成相关问题,需要根据内容提出相关问题,比如优化方法、冷启动问题、与其他算法的比较等。这些应该放在最后部分。 需要检查LaTeX格式是否正确,比如数学公式使用$...$,独立公式用$$...$$,但根据用户的示例,可能只需要行内公式。同时,确保回答使用中文,结构清晰,分步骤说明。 可能遇到的疑问:是否需要详细解释ALS算法的数学原理?用户的问题是关于实现示例,所以简要提及即可,重点在代码和步骤。另外,数据集的格式是否需要说明?是的,用户可能需要知道输入数据的结构,比如用户ID、物品ID、评分等列名。 最后,确保引用正确,比如引用[2]和[3]关于PySpark的MLlib和评估器,引用[4]关于协同过滤的类型,但用户的问题可能更关注实现,所以引用可能主要指向[2]和[3]。 总结回答结构: 1. 协同过滤简介(基于ALS) 2. 实现步骤: a. 环境准备(安装PySpark) b. 数据准备(示例数据格式) c. 模型训练(ALS参数) d. 模型评估(RMSE) e. 生成推荐 3. 示例代码 4. 注意事项(参数调整,冷启动问题) 5. 相关问题 需要确保代码正确,比如使用SparkSession,正确处理数据,避免常见错误,如未缓存模型或数据分区问题。另外,参数如rank、maxIter等需要说明作用,帮助用户理解如何调整。</think>### PySpark实现协同过滤的示例教程 协同过滤是推荐系统常用算法,PySpark通过**交替最小二乘法(ALS)**实现矩阵分解协同过滤[^4]。以下是详细实现步骤: --- #### 一、环境准备 安装PySpark(使用清华源加速下载): ```bash pip install pyspark==3.3.0 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple ``` --- #### 二、实现步骤 1. **数据准备** 数据需包含三列:`用户ID(user_id)`, `物品ID(item_id)`, `评分(rating)` 示例数据格式: ```python data = [(0, 0, 4.0), (0, 1, 2.0), (1, 1, 3.0), (1, 2, 4.0), (2, 2, 1.0)] df = spark.createDataFrame(data, ["user_id", "item_id", "rating"]) ``` 2. **划分数据集** ```python train, test = df.randomSplit([0.8, 0.2], seed=42) ``` 3. **模型训练** ```python from pyspark.ml.recommendation import ALS als = ALS( maxIter=10, # 最大迭代次数 rank=5, # 隐含因子数 regParam=0.01, # 正则化系数 userCol="user_id", itemCol="item_id", ratingCol="rating", coldStartStrategy="drop" # 处理冷启动问题 ) model = als.fit(train) ``` 4. **模型评估** 使用RMSE(均方根误差)评估预测效果[^3]: ```python predictions = model.transform(test) evaluator = RegressionEvaluator( metricName="rmse", labelCol="rating", predictionCol="prediction" ) rmse = evaluator.evaluate(predictions) print(f"RMSE = {rmse:.2f}") # 输出示例:RMSE = 0.87 ``` 5. **生成推荐** - 为所有用户推荐Top-N物品: ```python user_recs = model.recommendForAllUsers(3) # 推荐3个物品 user_recs.show() ``` - 为指定用户生成推荐: ```python user_subset = spark.createDataFrame([(0,)], ["user_id"]) model.recommendForUserSubset(user_subset, 3).show() ``` --- #### 三、关键参数说明 | 参数 | 作用 | 典型值 | |--------------|-----------------------------|-------------| | `rank` | 控制隐含因子维度 | 5-100 | | `regParam` | 防止过拟合 | 0.01-0.1 | | `maxIter` | 影响收敛速度 | 10-20 | --- #### 四、注意事项 1. **冷启动问题**:设置`coldStartStrategy="drop"`可自动过滤无法预测的评分 2. **稀疏数据优化**:增加`rank`值或使用隐式反馈数据(需设置`implicitPrefs=True`) 3. **性能调优**:通过`model.recommendForAllUsers()`批量生成推荐比单用户循环效率更高[^2] ---
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