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使用 pandas.read_excel 读取大文件时,的确会遇到性能瓶颈,特别是对于10万行20列这种规模的 .xlsx 文件,常规的 pandas 方法可能会比较慢。

要提高读取速度,关键是找到更高效的方式处理 Excel 文件,特别是在 Python 的生态圈中,已经有多个技术可以帮助解决这个问题。

一种办法是使用 openpyxl 直接处理 Excel 文件,结合 pandas 来读取数据。这可以让我们在处理数据时获得更大的灵活性,并通过分块读取文件来提高效率。

openpyxl

官网地址:
https://openpyxl.readthedocs.io/en/stable/

另外,还可以选择 pyxlsb 这个库,它可以更快速地处理 .xlsb 格式的文件,比传统的 .xlsx 格式快很多。

pyxlsb

官网地址:https://pypi.org/project/pyxlsb/
如果可能的话,将文件转为 .csv 格式读取也会显著提高性能,因为 CSV 文件是纯文本格式,相较于 .xlsx 的结构化存储,读取会更加高效。

分析 pandas.read_excel 的性能问题

在实际中,pandas.read_excel 本身的性能瓶颈主要来自于两个方面:数据的解析与文件的格式。.xlsx 是一种基于 XML 的文件格式,因此在读取时需要解析 XML,这本身就是一个比较慢的过程。尤其当文件较大时,解析 XML 的时间会大幅增加。

为了解决这个问题,可以考虑以下几种优化策略:

  1. 使用不同的引擎pandas 支持多种 Excel 解析引擎,比如 openpyxlxlrd。根据情况选择合适的引擎,可能会改善读取性能。

  2. 分块读取:可以通过逐步读取文件的方式,避免一次性将整个文件加载到内存中。这可以显著减少内存占用,并提高读取的稳定性。

  3. 选择合适的文件格式:如果文件格式不是必须的,可以将 .xlsx 文件转为 .csv 文件,这样可以使用更高效的读取方法。

优化方案 1:使用 openpyxlpandas

openpyxlpandas 内置支持的引擎之一,但它的读取速度较慢。在这种情况下,可以手动使用 openpyxl 读取数据,然后将其转换为 pandasDataFrame

代码示例
import pandas as pd
from openpyxl import load_workbook# 读取xlsx文件的路径
file_path = "your_large_file.xlsx"# 使用 openpyxl 直接加载工作簿
wb = load_workbook(filename=file_path, read_only=True)
sheet = wb.active# 使用生成器按行读取数据,避免一次性加载所有数据
data = []
for row in sheet.iter_rows(values_only=True):data.append(row)# 转换为 pandas DataFrame
df = pd.DataFrame(data[1:], columns=data[0])# 打印读取的数据
print(df.head())

通过这种方法,我们避免了一次性将整个文件加载到内存中,而是使用了 openpyxliter_rows 方法逐行读取文件内容。这样,即使文件非常大,也能有效减轻内存负担。

优化方案 2:使用 pyxlsb 读取 .xlsb 文件

.xlsb 是二进制的 Excel 文件格式,它比 .xlsx 文件格式更为高效,尤其是在处理大文件时,可以显著减少读取时间。pyxlsb 库是一个专门用于读取 .xlsb 文件的高效库,配合 pandas 可以更快地读取数据。

代码示例
import pandas as pd
from pyxlsb import open_workbook# 将 .xlsx 文件转换为 .xlsb 格式后使用此方法读取
file_path = "your_large_file.xlsb"with open_workbook(file_path) as wb:with wb.get_sheet(1) as sheet:data = []for row in sheet.rows():data.append([item.v for item in row])df = pd.DataFrame(data[1:], columns=data[0])
print(df.head())

使用 pyxlsb 可以有效加快 Excel 文件的读取速度,特别是在处理非常大的文件时,这个方法比 pandas.read_excel 提供的默认引擎快很多。不过需要注意的是,这种方法仅适用于 .xlsb 格式文件。

优化方案 3:使用 dask 分块处理大数据

dask 是一个支持并行计算的 Python 库,它可以用来处理大型数据集。如果我们遇到的数据文件过大,dask 提供了类似 pandas 的 API,但它会将大文件分块处理,避免一次性占用大量内存。

代码示例
import dask.dataframe as dd# 使用 dask 读取大文件
file_path = "your_large_file.xlsx"
df = dd.read_excel(file_path)# 使用 dask 处理数据
print(df.head())

dask 是一个非常强大的工具,它不仅支持分布式计算,还可以在多核环境下加快处理速度。通过将文件拆分成小块并行处理,dask 能够高效地应对大规模数据集的读取和计算。

优化方案 4:将文件转换为 CSV 格式

如果文件的格式不是必须的,那么将 .xlsx 文件转换为 .csv 格式是一种直接且有效的方式。.csv 格式相较于 .xlsx 没有复杂的 XML 结构,因此读取速度会快得多。转换后可以直接使用 pandas.read_csv 来读取数据,速度会比 read_excel 快很多。

代码示例
import pandas as pd# 假设已经将文件转换为 CSV 格式
file_path = "your_large_file.csv"# 使用 pandas 读取 CSV 文件
df = pd.read_csv(file_path)# 打印前几行数据
print(df.head())

通过这种方式,能够显著提高数据读取速度,因为 .csv 格式的文件是纯文本,不需要复杂的解析过程。

其他可能的优化策略

除了前面提到的几种方法,还有一些其他技术可以用来进一步优化 Excel 文件的读取速度:

  1. 并行读取:如果系统支持,可以将 Excel 文件按工作表或其他分块标准进行拆分,使用并行处理技术(如 multiprocessing)同时读取多个小文件。

  2. 数据格式优化:如果文件的数据结构允许,转换为 Parquet 或 HDF5 格式,这些格式在大数据处理方面的性能往往优于 Excel 和 CSV。

  3. 增加内存或硬件支持:在某些极端情况下,硬件资源不足也可能是瓶颈。增加内存或使用更快的硬盘(如 SSD)可以提高整体数据读取的性能。

总结

通过上述几种方法,可以大幅优化使用 Python 读取大型 Excel 文件的性能。openpyxl 适用于灵活处理 .xlsx 文件,pyxlsb 则是处理 .xlsb 文件的利器,而使用 dask 可以分块读取并行处理大数据集。此外,如果可以转换文件格式,使用 .csv 是提升读取速度的有效途径。

不同的方案适用于不同的场景,开发者可以根据具体需求选择最合适的解决方案。例如,当文件格式无法改变时,openpyxl 结合 pandas 是一个相对平衡的选择,而在文件格式灵活的情况下,将 .xlsx 转为 .csv 并使用 pandas.read_csv 则能最大化提高读取性能。


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