cuDF（https://github.com/rapidsai/cudf）是一个基于Python的GPU DataFrame库，用于处理数据，包括加载、连接、聚合和过滤数据。向GPU的转移允许大规模的加速，因为GPU比CPU拥有更多的内核。

笔者觉得，对于我来说一个比较好的使用场景是， 代替并行 ，在pandas处理比较慢的时候，切换到cuDF，就不用写繁琐的并行了。

官方文档： 1 Docs » API Reference 2 rapidsai/cudf

相关参考：

nvidia-rapids︱cuDF与pandas一样的DataFrame库 NVIDIA的python-GPU算法生态 ︱ RAPIDS 0.10 nvidia-rapids︱cuML机器学习加速库 nvidia-rapids︱cuGraph(NetworkX-like)关系图模型

文章目录

• 1 cuDF背景与安装
  • 1.1 背景
  • 1.2 安装
• 2 一些demo
  • 2.1 新建dataframe
  • 2.2 pandas 与 cuDF切换
  • 2.3 选中某行列
  • 2.4 apply_rows和apply_chunks
  • 2.5 groupby

1 cuDF背景与安装

1.1 背景

cuDF在过去一年中的发展速度非常之快。每个版本都加入了令人兴奋的新功能、优化和错误修复。0.10版本也不例外。cuDF 0.10版本的一些新功能包括 groupby.quantile()、Series.isin()、从远程/云文件系统（例如hdfs、gcs、s3）读取、Series和DataFrame isna()、按分组功能中的任意长度Series分组 、Series 协方差和Pearson相关性以及从DataFrame / Series .values 属性返回 CuPy数组。此外，apply UDF函数API经过了优化，并且加入了通过.iloc访问器的收集和散播方法。

除了提供所有上述出色的功能、优化和错误修复之外，cuDF 0.10版本还花费大量的精力构建未来。该版本将cuStrings存储库合并到cuDF中，并为合并两个代码库做好了准备，使字符串功能能够被更紧密地集成到cuDF中，以此提供更快的加速和更多的功能。此外，RAPIDS添加了cuStreamz元数据包，因此可以使用cuDF和Streamz库简化GPU加速流处理。cuDF继续改进其Pandas API兼容性和Dask DataFrame互操作性，使我们的用户可以最大程度地无缝使用cuDF。

在幕后，libcudf的内部架构正在经历一次重大的重新设计。0.10版本加入了最新的cudf :: column和cudf :: table类，这些类大大提高了内存所有权控制的强健性，并为将来支持可变大小数据类型（包括字符串列、数组和结构）奠定了基础。由于已构建对整个libcudf API中的新类的支持，这项工作将在下一个版本周期中继续进行。此外，libcudf 0.10添加了许多新的API和算法，包括基于排序、支持空数据的分组功能、分组功能分位数和中位数、cudf :: unique_count，cudf :: repeat、cudf :: scatter_to_tables等。与以往一样，此版本还包括许多其他改进和修复。

RAPIDS内存管理器库RMM也正在进行一系列重组。这次重组包括一个基于内存资源的新架构，该架构与C ++ 17 std :: pmr :: memory_resource大多兼容。这使该库更容易在公共接口之后添加新类型的内存分配器。0.10还用Cython取代了CFFI Python绑定，从而使C ++异常可以传播到Python异常，使更多可调整的错误被传递给应用程序。下一个版本将继续提高RMM中的异常支持。

最后，你会注意到cuDF在这个版本中速度有了显著提升，包括join（最多11倍）、gather和scatter on tables（速度也快2-3倍）的大幅性能改进，以及更多如图5所示的内容。 图5：单个NVIDIA Tesla V100（立即免费试用） GPU与双路Intel Xeon E5–2698 v4 CPU（20核）上的cuDF vs Pandas加速

1.2 安装

有conda可以直接安装，也可以使用docker，参考：https://github.com/rapidsai/cudf

conda版本，cudf version == 0.10

# for CUDA 9.2
conda install -c rapidsai -c nvidia -c numba -c conda-forge \
    cudf=0.10 python=3.6 cudatoolkit=9.2
# or, for CUDA 10.0
conda install -c rapidsai -c nvidia -c numba -c conda-forge \
    cudf=0.10 python=3.6 cudatoolkit=10.0
# or, for CUDA 10.1
conda install -c rapidsai -c nvidia -c numba -c conda-forge \
    cudf=0.10 python=3.6 cudatoolkit=10.1

docker版本，可参考：https://rapids.ai/start.html#prerequisites

docker pull rapidsai/rapidsai:cuda10.1-runtime-ubuntu16.04-py3.7
docker run --gpus all --rm -it -p 8888:8888 -p 8787:8787 -p 8786:8786 \
    rapidsai/rapidsai:cuda10.1-runtime-ubuntu16.04-py3.7

2 一些demo

2.1 新建dataframe

import cudf
import numpy as np
from datetime import datetime, timedelta
t0 = datetime.strptime('2018-10-07 12:00:00', '%Y-%m-%d %H:%M:%S')
n = 5
df = cudf.DataFrame({
  'id': np.arange(n),
  'datetimes': np.array([(t0+ timedelta(seconds=x)) for x in range(n)])
df

Build DataFrame via list of rows as tuples:

>>> import cudf
>>> df = cudf.DataFrame([
    (5, "cats", "jump", np.nan),
    (2, "dogs", "dig", 7.5),
    (3, "cows", "moo", -2.1, "occasionally"),
0     1     2     3             4
0  5  cats  jump  null          None
1  2  dogs   dig   7.5          None
2  3  cows   moo  -2.1  occasionally

2.2 pandas 与 cuDF切换

pandas到 cuDF

>>> import pandas as pd
>>> import cudf
>>> pdf = pd.DataFrame({'a': [0, 1, 2, 3],'b': [0.1, 0.2, None, 0.3]})
>>> df = cudf.from_pandas(pdf)
0 0 0.1
1 1 0.2
2 2 nan
3 3 0.3

cuDF 到pandas

>>> import cudf
>>> gdf = cudf.DataFrame({'a': [1, 2, None], 'b': [3, None, 5]})
>>> gdf.fillna(4).to_pandas()
0  1  3
1  2  4
2  4  5
>>> gdf.fillna({'a': 3, 'b': 4}).to_pandas()
0  1  3
1  2  4
2  3  5

2.3 选中某行列

df = cudf.DataFrame({'a': list(range(20)),
 'b': list(range(20)),
 'c': list(range(20))})
df

df.iloc[1]
a    1
b    1
c    1
Name: 1, dtype: int64

2.4 apply_rows和apply_chunks

apply_rows

import cudf
import numpy as np
from numba import cuda
df = cudf.DataFrame()
df['in1'] = np.arange(1000, dtype=np.float64)
def kernel(in1, out):
    for i, x in enumerate(in1):
        print('tid:', cuda.threadIdx.x, 'bid:', cuda.blockIdx.x,
              'array size:', in1.size, 'block threads:', cuda.blockDim.x)
        out[i] = x * 2.0
outdf = df.apply_rows(kernel,
                      incols=['in1'],
                      outcols=dict(out=np.float64),
                      kwargs=dict())
print(outdf['in1'].sum()*2.0)
print(outdf['out'].sum())
>>> 999000.0
>>> 999000.0

apply_chunks

import cudf
import numpy as np
from numba import cuda
df = cudf.DataFrame()
df['in1'] = np.arange(100, dtype=np.float64)
def kernel(in1, out):
    print('tid:', cuda.threadIdx.x, 'bid:', cuda.blockIdx.x,
          'array size:', in1.size, 'block threads:', cuda.blockDim.x)
    for i in range(cuda.threadIdx.x, in1.size, cuda.blockDim.x):
        out[i] = in1[i] * 2.0
outdf = df.apply_chunks(kernel,
                        incols=['in1'],
                        outcols=dict(out=np.float64),
                        kwargs=dict(),
                        chunks=16,
                        tpb=8)
print(outdf['in1'].sum()*2.0)
print(outdf['out'].sum())
>>> 9900.0
>>> 9900.0

2.5 groupby

from cudf import DataFrame
df = DataFrame()
df['key'] = [0, 0, 1, 1, 2, 2, 2]
df['val'] = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
groups = df.groupby(['key'], method='cudf')
# Define a function to apply to each row in a group
def mult(df):
  df['out'] = df['key'] * df['val']
  return df
result = groups.apply(mult)
print(result)

输出：

   key  val  out
0    0    0    0