R語(yǔ)言為Hadoop注入統(tǒng)計(jì)血脈

【編者按】R是GNU的一個(gè)開源工具，具有S語(yǔ)言血統(tǒng)，擅長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)制圖。由Revolution Analytics發(fā)起的一個(gè)開源項(xiàng)目RHadoop將R語(yǔ)言與Hadoop結(jié)合在一起，很好發(fā)揮了R語(yǔ)言特長(zhǎng)。廣大R語(yǔ)言愛(ài)好者借助強(qiáng)大工具RHadoop，可以在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域大展拳腳，這對(duì)R語(yǔ)言程序員來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)喜訊。作者從一個(gè)程序員的角度對(duì)R語(yǔ)言和Hadoop做了一次詳細(xì)的講解。

以下為原文：

前言

寫過(guò)幾篇關(guān)于RHadoop的技術(shù)性文章，都是從統(tǒng)計(jì)的角度，介紹如何讓R語(yǔ)言利用Hadoop處理大數(shù)據(jù)。今天決定反過(guò)來(lái)，從計(jì)算機(jī)開發(fā)人員的角度，介紹如何讓Hadoop結(jié)合R語(yǔ)言，能做統(tǒng)計(jì)分析的事情。

目錄

1.   R語(yǔ)言介紹
2.   Hadoop介紹
3.   為什么要讓Hadoop結(jié)合R語(yǔ)言？
4.   如何讓Hadoop結(jié)合R語(yǔ)言？
5.   R和Hadoop在實(shí)際中的案例

1. R語(yǔ)言介紹

起源

R語(yǔ)言，一種自由軟件編程語(yǔ)言與操作環(huán)境，主要用于統(tǒng)計(jì)分析、繪圖、數(shù)據(jù)挖掘。R本來(lái)是由來(lái)自新西蘭奧克蘭大學(xué)的Ross Ihaka和Robert Gentleman開發(fā)（也因此稱為R），現(xiàn)在由“R開發(fā)核心團(tuán)隊(duì)”負(fù)責(zé)開發(fā)。R是基于S語(yǔ)言的一個(gè)GNU計(jì)劃項(xiàng)目，所以也可以當(dāng)作S語(yǔ)言的一種實(shí)現(xiàn)。R的語(yǔ)法是來(lái)自Scheme。

跨平臺(tái)，許可證

R的源代碼可自由下載使用，GNU通用公共許可證，可在多種平臺(tái)下運(yùn)行，包括UNIX,Linux,Windows和MacOS。R主要是以命令行操作為主，同時(shí)支持GUI的圖形用戶界面。

R的數(shù)字基因

R內(nèi)建多種統(tǒng)計(jì)學(xué)及數(shù)字分析功能。因?yàn)镾的血緣，R比其他統(tǒng)計(jì)學(xué)或數(shù)學(xué)專用的編程語(yǔ)言有更強(qiáng)的物件導(dǎo)向功能。

R的另一強(qiáng)項(xiàng)是繪圖功能，制圖具有印刷的素質(zhì)，也可加入數(shù)學(xué)符號(hào)。

雖然R主要用于統(tǒng)計(jì)分析或者開發(fā)統(tǒng)計(jì)相關(guān)的軟體，但也有人用作矩陣計(jì)算。其分析速度可媲美GNU Octave甚至商業(yè)軟件MATLAB。

代碼庫(kù)

CRAN為Comprehensive R Archive Network的簡(jiǎn)稱。它除了收藏了R的執(zhí)行檔下載版、源代碼和說(shuō)明文件，也收錄了各種用戶撰寫的軟件包。全球有超過(guò)一百個(gè)CRAN鏡像站，上萬(wàn)個(gè)第三方的軟件包。

R的行業(yè)應(yīng)用

統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用數(shù)學(xué)，計(jì)量經(jīng)濟(jì)，金融分析，財(cái)經(jīng)分析，人文科學(xué)，數(shù)據(jù)挖掘，人工智能，生物信息學(xué)，生物制藥，全球地理科學(xué)，數(shù)據(jù)可視化。

商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手

SAS：（Statistical Analysis System）是SAS公司推出的一款用于數(shù)據(jù)分析和和決策支持的大型集成式模塊化軟件系統(tǒng)。

SPSS：（Statistical Product and Service Solutions）是IBM公司推出的一系列用于統(tǒng)計(jì)學(xué)分析運(yùn)算、數(shù)據(jù)挖掘、預(yù)測(cè)分析和決策支持任務(wù)的軟件產(chǎn)品及相關(guān)服務(wù)的總稱。

Matlab：（MATrix LABoratory），是MathWorks公司出品的一款商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境。

2. Hadoop介紹

Hadoop對(duì)于計(jì)算機(jī)的人，都是耳熟能說(shuō)的技術(shù)了。

Hadoop是一個(gè)分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，由Apache基金會(huì)開發(fā)。用戶可以在不了解分布式底層細(xì)節(jié)的情況下，開發(fā)分布式程序。充分利用集群的威力高速運(yùn)算和存儲(chǔ)。Hadoop實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分布式文件系統(tǒng)（Hadoop Distributed File System），簡(jiǎn)稱HDFS。HDFS有著高容錯(cuò)性的特點(diǎn)，并且設(shè)計(jì)用來(lái)部署在低廉的（low-cost）硬件上。而且它提供高傳輸率（high throughput）來(lái)訪問(wèn)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，適合那些有著超大數(shù)據(jù)集（large data set）的應(yīng)用程序。HDFS放寬了（relax）POSIX的要求（requirements）這樣可以流的形式訪問(wèn)（streaming access）文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。

Hadoop的家族成員：Hive, HBase, Zookeeper, Avro, Pig, Ambari, Sqoop, Mahout, Chukwa

• Hive: 是基于Hadoop的一個(gè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)工具，可以將結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文件映射為一張數(shù)據(jù)庫(kù)表，通過(guò)類SQL語(yǔ)句快速實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的MapReduce統(tǒng)計(jì)，不必開發(fā)專門的MapReduce應(yīng)用，十分適合數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)分析。

• Pig: 是一個(gè)基于Hadoop的大規(guī)模數(shù)據(jù)分析工具，它提供的SQL-LIKE語(yǔ)言叫Pig Latin，該語(yǔ)言的編譯器會(huì)把類SQL的數(shù)據(jù)分析請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為一系列經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理的MapReduce運(yùn)算。

• HBase: 是一個(gè)高可靠性、高性能、面向列、可伸縮的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，利用HBase技術(shù)可在廉價(jià)PC Server上搭建起大規(guī)模結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)集群。

• Sqoop: 是一個(gè)用來(lái)將Hadoop和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)移的工具，可以將一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（MySQL ,Oracle ,Postgres等）中的數(shù)據(jù)導(dǎo)進(jìn)到Hadoop的HDFS中，也可以將HDFS的數(shù)據(jù)導(dǎo)進(jìn)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中。

• Zookeeper:是一個(gè)為分布式應(yīng)用所設(shè)計(jì)的分布的、開源的協(xié)調(diào)服務(wù)，它主要是用來(lái)解決分布式應(yīng)用中經(jīng)常遇到的一些數(shù)據(jù)管理問(wèn)題，簡(jiǎn)化分布式應(yīng)用協(xié)調(diào)及其管理的難度，提供高性能的分布式服務(wù)

• Mahout:是基于Hadoop的機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘的一個(gè)分布式框架。Mahout用MapReduce實(shí)現(xiàn)了部分?jǐn)?shù)據(jù)挖掘算法，解決了并行挖掘的問(wèn)題。

• Avro: 是一個(gè)數(shù)據(jù)序列化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)用于支持?jǐn)?shù)據(jù)密集型，大批量數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用。Avro是新的數(shù)據(jù)序列化格式與傳輸工具，將逐步取代Hadoop原有的IPC機(jī)制

• Ambari: 是一種基于Web的工具，支持Hadoop集群的供應(yīng)、管理和監(jiān)控。

• Chukwa: 是一個(gè)開源的用于監(jiān)控大型分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，它可以將各種各樣類型的數(shù)據(jù)收集成適合 Hadoop 處理的文件保存在 HDFS 中供 Hadoop 進(jìn)行各種 MapReduce 操作。

自2006年，Hadoop以MapReduce和HDFS獨(dú)立發(fā)展開始，到今年2013年不過(guò)7年時(shí)間，Hadoop的家族已經(jīng)孵化出多個(gè)Apache的頂級(jí)項(xiàng)目。特別是最近1-2年，發(fā)展速度越來(lái)越快，又融入了很多新技術(shù)（YARN, Hcatalog, Oozie, Cassandra），都有點(diǎn)讓我們都學(xué)不過(guò)來(lái)了。

3. 為什么要讓Hadoop結(jié)合R語(yǔ)言？

前面兩章，R語(yǔ)言介紹和Hadoop介紹，讓我們體會(huì)到了，兩種技術(shù)在各自領(lǐng)域的強(qiáng)大。很多開發(fā)人員在計(jì)算機(jī)的角度，都會(huì)提出下面2個(gè)問(wèn)題。

• 問(wèn)題1: Hadoop的家族如此之強(qiáng)大，為什么還要結(jié)合R語(yǔ)言？

• 問(wèn)題2: Mahout同樣可以做數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)，和R語(yǔ)言的區(qū)別是什么？

下面我嘗試著做一個(gè)解答：

問(wèn)題1: Hadoop的家族如此之強(qiáng)大，為什么還要結(jié)合R語(yǔ)言？

a. Hadoop家族的強(qiáng)大之處，在于對(duì)大數(shù)據(jù)的處理，讓原來(lái)的不可能（TB,PB數(shù)據(jù)量計(jì)算），成為了可能。

b. R語(yǔ)言的強(qiáng)大之處，在于統(tǒng)計(jì)分析，在沒(méi)有Hadoop之前，我們對(duì)于大數(shù)據(jù)的處理，要取樣本，假設(shè)檢驗(yàn)，做回歸，長(zhǎng)久以來(lái)R語(yǔ)言都是統(tǒng)計(jì)學(xué)家專屬的工具。

d. 模擬場(chǎng)景：對(duì)1PB的新聞網(wǎng)站訪問(wèn)日志做分析，預(yù)測(cè)未來(lái)流量變化

d1:用R語(yǔ)言，通過(guò)分析少量數(shù)據(jù)，對(duì)業(yè)務(wù)目標(biāo)建回歸建模，并定義指標(biāo)

d2:用Hadoop從海量日志數(shù)據(jù)中，提取指標(biāo)數(shù)據(jù)

d3:用R語(yǔ)言模型，對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試和調(diào)優(yōu)

d4:用Hadoop分步式算法，重寫R語(yǔ)言的模型，部署上線

這個(gè)場(chǎng)景中，R和Hadoop分別都起著非常重要的作用。以計(jì)算機(jī)開發(fā)人員的思路，所有有事情都用Hadoop去做，沒(méi)有數(shù)據(jù)建模和證明，”預(yù)測(cè)的結(jié)果”一定是有問(wèn)題的。以統(tǒng)計(jì)人員的思路，所有的事情都用R去做，以抽樣方式，得到的“預(yù)測(cè)的結(jié)果”也一定是有問(wèn)題的。

所以讓二者結(jié)合，是產(chǎn)界業(yè)的必然的導(dǎo)向，也是產(chǎn)界業(yè)和學(xué)術(shù)界的交集，同時(shí)也為交叉學(xué)科的人才提供了無(wú)限廣闊的想象空間。

問(wèn)題2: Mahout同樣可以做數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)，和R語(yǔ)言的區(qū)別是什么？

a. Mahout是基于Hadoop的數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)的算法框架，Mahout的重點(diǎn)同樣是解決大數(shù)據(jù)的計(jì)算的問(wèn)題。

b. Mahout目前已支持的算法包括，協(xié)同過(guò)濾，推薦算法，聚類算法，分類算法，LDA, 樸素bayes，隨機(jī)森林。上面的算法中，大部分都是距離的算法，可以通過(guò)矩陣分解后，充分利用MapReduce的并行計(jì)算框架，高效地完成計(jì)算任務(wù)。

c. Mahout的空白點(diǎn)，還有很多的數(shù)據(jù)挖掘算法，很難實(shí)現(xiàn)MapReduce并行化。Mahout的現(xiàn)有模型，都是通用模型，直接用到的項(xiàng)目中，計(jì)算結(jié)果只會(huì)比隨機(jī)結(jié)果好一點(diǎn)點(diǎn)。Mahout二次開發(fā)，要求有深厚的JAVA和Hadoop的技術(shù)基礎(chǔ)，最好兼有 “線性代數(shù)”，“概率統(tǒng)計(jì)”，“算法導(dǎo)論” 等的基礎(chǔ)知識(shí)。所以想玩轉(zhuǎn)Mahout真的不是一件容易的事情。

d. R語(yǔ)言同樣提供了Mahout支持的約大多數(shù)算法(除專有算法)，并且還支持大量的Mahout不支持的算法，算法的增長(zhǎng)速度比mahout快N倍。并且開發(fā)簡(jiǎn)單，參數(shù)配置靈活，對(duì)小型數(shù)據(jù)集運(yùn)算速度非常快。

雖然，Mahout同樣可以做數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)，但是和R語(yǔ)言的擅長(zhǎng)領(lǐng)域并不重合。集百家之長(zhǎng)，在適合的領(lǐng)域選擇合適的技術(shù)，才能真正地“保質(zhì)保量”做軟件。

4. 如何讓Hadoop結(jié)合R語(yǔ)言？

從上一節(jié)我們看到，Hadoop和R語(yǔ)言是可以互補(bǔ)的，但所介紹的場(chǎng)景都是Hadoop和R語(yǔ)言的分別處理各自的數(shù)據(jù)。

一旦市場(chǎng)有需求，自然會(huì)有商家填補(bǔ)這個(gè)空白。

1）. RHadoop

RHadoop是一款Hadoop和R語(yǔ)言的結(jié)合的產(chǎn)品，由RevolutionAnalytics公司開發(fā)，并將代碼開源到github社區(qū)上面。RHadoop包含三個(gè)R包 (rmr，rhdfs，rhbase)，分別是對(duì)應(yīng)Hadoop系統(tǒng)架構(gòu)中的，MapReduce, HDFS, HBase 三個(gè)部分。

2）. RHive

RHive是一款通過(guò)R語(yǔ)言直接訪問(wèn)Hive的工具包，是由NexR一個(gè)韓國(guó)公司研發(fā)的。

3）. 重寫Mahout

用R語(yǔ)言重寫Mahout的實(shí)現(xiàn)也是一種結(jié)合的思路，我也做過(guò)相關(guān)的嘗試。

4）.Hadoop調(diào)用R

上面說(shuō)的都是R如何調(diào)用Hadoop，當(dāng)然我們也可以反相操作，打通JAVA和R的連接通道，讓Hadoop調(diào)用R的函數(shù)。但是，這部分還沒(méi)有商家做出成形的產(chǎn)品。

5. R和Hadoop在實(shí)際中的案例

R和Hadoop的結(jié)合，技術(shù)門檻還是有點(diǎn)高的。對(duì)于一個(gè)人來(lái)說(shuō)，不僅要掌握Linux, Java, Hadoop, R的技術(shù)，還要具備 軟件開發(fā)，算法，概率統(tǒng)計(jì)，線性代數(shù)，數(shù)據(jù)可視化，行業(yè)背景 的一些基本素質(zhì)。

在公司部署這套環(huán)境，同樣需要多個(gè)部門，多種人才的的配合。Hadoop運(yùn)維，Hadoop算法研發(fā)，R語(yǔ)言建模，R語(yǔ)言MapReduce化，軟件開發(fā)，測(cè)試等等。。。

所以，這樣的案例并不太多。

展位未來(lái)
對(duì)于R和Hadoop的結(jié)合，在近幾年，肯定會(huì)生成爆發(fā)式的增長(zhǎng)的。但由于跨學(xué)科會(huì)造成技術(shù)壁壘，人才會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上市場(chǎng)的需求。

所以，肯定會(huì)有更多的大數(shù)據(jù)工具，被發(fā)明！機(jī)會(huì)就在我們的手中，也許明天你的創(chuàng)新，就是我們追逐的方向！！

加油！！

關(guān)于作者

  張丹（Conan）， 程序員Java，R，PHP，Javascript

  weibo：@Conan_Z

  blog: http://blog.fens.me

  email: bsspirit@gmail.com

原文鏈接：R語(yǔ)言為Hadoop注入統(tǒng)計(jì)血脈（責(zé)編/毛夢(mèng)琪）

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