2015/10/18

Apache Spark 測試 FPGrowth(傳統C語言與Spark 的簡易測試)


因為剛剛把 Apache 的 Spark 設定好，順便驗證測試看看效能如何？
剛好發現 Spark 的 MLLIB 內有內建的 FPGrowth 演算法，剛好跟它有點熟所以就用這個演算法加上網路上的資料來測試看看。

先講結論：資料量小，不利於使用巨量資料工具。


關於 fpgrowth 演算法請先參考這篇：
http://blog.jangmt.com/2015/10/fpgrowth-algorithm.html

底下紀錄測試的過程，及使用的參數。

測試運算資料來源：http://fimi.ua.ac.be/data/ Frequent Itemset Mining Dataset Repository---

LAB (1)
Christian Borgelt 寫的 C 語言程式 FPGrowth 對上 Spark scala fpgrowth 程式
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# FPGrowth 先把 -m1 同時出現的SET設為1個，支持度 5 ，信任度為 80%(default)
# 這個案例花費了 0.09s 運算了 0.01s
[hadoop@hnamenode FrequentItemset]$ ./fpgrowth -m1 -s5 T10I4D100K.dat T10I4D100K.out.txt
./fpgrowth - find frequent item sets with the fpgrowth algorithm
version 6.7 (2015.08.18)         (c) 2004-2015   Christian Borgelt
reading T10I4D100K.dat ... [870 item(s), 100000 transaction(s)] done [0.09s].
filtering, sorting and recoding items ... [10 item(s)] done [0.00s].
sorting and reducing transactions ... [281/100000 transaction(s)] done [0.01s].
writing T10I4D100K.out.txt ... [10 set(s)] done [0.00s].
[hadoop@hnamenode FrequentItemset]$ cat T10I4D100K.out.txt
368 (7.828)
529 (7.057)
829 (6.81)
766 (6.265)
722 (5.845)
354 (5.835)
684 (5.408)
217 (5.375)
494 (5.102)
419 (5.057)

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上面這個 fp-growth 程式是以 同一台機器的 masternode 跑的，但是沒有 20 台 SlaveNode。
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底下這個案例參考官方網站的範例：scala 語言的 fp-growth 程式
http://spark.apache.org/docs/latest/mllib-frequent-pattern-mining.html#fp-growth 
FPgrowth MLIB
https://spark.apache.org/docs/latest/mllib-frequent-pattern-mining.html

使用 spark 用 standalone 模式，啟動 spark-shell
spark-shell  --master spark://192.168.1.100:7077
這套 spark 有1台 masternode 以及 20 台 slavenode，

首先把檔案放到 hadoop HDFS 內
[hadoop@hnamenode FrequentItemset]$ hdfs dfs -ls /public/FrequentItemset
Found 4 items
-rw-r--r--   3 hadoop supergroup    4022055 2015-10-17 21:39 /public/FrequentItemset/T10I4D100K.dat
-rw-r--r--   3 hadoop supergroup   15478113 2015-10-17 21:39 /public/FrequentItemset/T40I10D100K.dat
-rw-r--r--   3 hadoop supergroup         68 2015-10-17 21:42 /public/FrequentItemset/sample_fpgrowth.txt
-rw-r--r--   3 hadoop supergroup 1481890176 2015-10-17 23:13 /public/FrequentItemset/webdocs.dat

---
Apache Spark scala FPGrowth 並將支持度、出現數量設定為一樣。
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import org.apache.spark.rdd.RDD
import org.apache.spark.mllib.fpm.FPGrowth

 val data = sc.textFile("/public/FrequentItemset/T10I4D100K.dat")

 val transactions: RDD[Array[String]] = data.map(s => s.trim.split(' '))

 # setMinSupport(0.05) 為./fpgrowth程式的 -s5
val fpg = new FPGrowth().setMinSupport(0.05).setNumPartitions(10)
val model = fpg.run(transactions)

 model.freqItemsets.collect().foreach { itemset =>
  println(itemset.items.mkString("[", ",", "]") + ", " + itemset.freq)
}
# 這是信任度 80%，可以忽略不計
val minConfidence = 0.8
model.generateAssociationRules(minConfidence).collect().foreach { rule =>
  println(
    rule.antecedent.mkString("[", ",", "]")
      + " => " + rule.consequent .mkString("[", ",", "]")
      + ", " + rule.confidence)
}
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時間：約 40s
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[368], 7828
[529], 7057
[829], 6810
[766], 6265
[722], 5845
[354], 5835
[684], 5408
[217], 5375
[494], 5102
[419], 5057

----
LAB(1)結果：
不用比了，Christian Borgelt 寫的 C 語言程式 FPGrowth  狂勝。
Spark 跑了快約 40 - 50 秒因為在分散資料及 I/O 的時間浪費太多了...
但這例子先確認正確的這樣產生的結果是一樣的，後續的比對才可以繼續下去。
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LAB (2) 資料檔案更換為  http://fimi.ua.ac.be/data/webdocs.dat.gz 來測試
webdocs.dat 檔案約 1.4GB 
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# 花費 39.75 + 2.02 + 1.57 = 43.34 秒
[hadoop@hnamenode FrequentItemset]$ ./fpgrowth -m1 -s50 webdocs.dat webdocs.out
./fpgrowth - find frequent item sets with the fpgrowth algorithm
version 6.7 (2015.08.18)         (c) 2004-2015   Christian Borgelt
reading webdocs.dat ... [5267656 item(s), 1692082 transaction(s)] done [39.75s].
filtering, sorting and recoding items ... [5 item(s)] done [2.02s].
sorting and reducing transactions ... [32/1692082 transaction(s)] done [1.57s].
writing webdocs.out ... [10 set(s)] done [0.00s].

[hadoop@hnamenode FrequentItemset]$ more webdocs.out
122 (84.4832)
8 122 (72.566)
8 (77.4013)
49 122 (65.9012)
49 8 122 (61.1858)
49 8 (63.1131)
49 (69.6349)
124 122 (50.2531)
124 (52.4418)
516 (50.7154)

---
scala FPGrowth
---
import org.apache.spark.rdd.RDD
import org.apache.spark.mllib.fpm.FPGrowth

# 檔案放到 HDFS 內
val data = sc.textFile("/public/FrequentItemset/webdocs.dat")

val transactions: RDD[Array[String]] = data.map(s => s.trim.split(' '))

val fpg = new FPGrowth().setMinSupport(0.5).setNumPartitions(10)
val model = fpg.run(transactions)

model.freqItemsets.collect().foreach { itemset =>
  println(itemset.items.mkString("[", ",", "]") + ", " + itemset.freq)
}

val minConfidence = 0.8
model.generateAssociationRules(minConfidence).collect().foreach { rule =>
  println(
    rule.antecedent.mkString("[", ",", "]")
      + " => " + rule.consequent .mkString("[", ",", "]")
      + ", " + rule.confidence)
}

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15/10/18 02:48:47
15/10/18 02:49:34  共花費 47秒
----
[122], 1429525
[8], 1309694
[8,122], 1227876
[49], 1178279
[49,8], 1067926
[49,8,122], 1035314
[49,122], 1115102
[124], 887358
[124,122], 850323
[516], 858146
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LAB(2) 結果：
47 > 43 仍是傳統作法獲勝，但是時間上已經相差不多。資料量確實影響了計算的速度。
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LAB (3) 
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接著繼續把檔案放大，這個 webdocs.dat 檔案放大 *2 , *4 , * 10 的倍數來測試。
-rw-rw-r--. 1 hadoop hadoop  14G Oct 18 00:29 webdocs10.dat
-rw-rw-r--. 1 hadoop hadoop 2.8G Oct 18 00:29 webdocs2.dat
-rw-rw-r--. 1 hadoop hadoop 5.6G Oct 18 00:29 webdocs4.dat
-rw-rw-r--. 1 hadoop hadoop 1.4G Oct 14  2010 webdocs.dat

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此處以 webdocs10.dat 這個 14G 的檔案來說，如果以傳統的方法會遇到巨大的困難
光是 load 資料到記憶體就花了 436.84s ，運算 8.30s + 15.03s 約計 460 秒
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[hadoop@hnamenode FrequentItemset]$ ./fpgrowth -m1 -s50 webdocs10.dat webdocs10.out
./fpgrowth - find frequent item sets with the fpgrowth algorithm
version 6.7 (2015.08.18)         (c) 2004-2015   Christian Borgelt
reading webdocs10.dat ... [5267656 item(s), 16920820 transaction(s)] done [436.84s].
filtering, sorting and recoding items ... [5 item(s)] done [8.30s].
sorting and reducing transactions ... [32/16920820 transaction(s)] done [15.03s].
writing webdocs10.out ... [10 set(s)] done [0.00s].
----
[hadoop@hnamenode FrequentItemset]$ cat webdocs10.out 
122 (84.4832)
8 122 (72.566)
8 (77.4013)
49 122 (65.9012)
49 8 122 (61.1858)
49 8 (63.1131)
49 (69.6349)
124 122 (50.2531)
124 (52.4418)
516 (50.7154)

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如果以 Spark Scala FPGrowth 運算，它透過分散運算到 20 台 pc 配合 hdfs 分散存取
spark-shell  --master spark://192.168.1.100:7077
----
import org.apache.spark.rdd.RDD
import org.apache.spark.mllib.fpm.FPGrowth

# 更換檔案為 /public/FrequentItemset/webdocs10.dat (在 HDFS內)
val data = sc.textFile("/public/FrequentItemset/webdocs10.dat")

val transactions: RDD[Array[String]] = data.map(s => s.trim.split(' '))

# 條件一樣
val fpg = new FPGrowth().setMinSupport(0.5).setNumPartitions(10)
val model = fpg.run(transactions)

model.freqItemsets.collect().foreach { itemset =>
  println(itemset.items.mkString("[", ",", "]") + ", " + itemset.freq)
}
----
15/10/18 02:18:29 開始
15/10/18 02:20:28 結束，約 119 秒
[122], 14295250
[8], 13096940
[8,122], 12278760
[49], 11782790
[49,8], 10679260
[49,8,122], 10353140
[49,122], 11151020
[124], 8873580
[124,122], 8503230
[516], 8581460
----

Spark 工作流程
Spark 運算流程 https://spark.apache.org/docs/1.5.1/img/cluster-overview.png 

----
心得：
* 使用 Hadoop or Spark 這類的 big data 運算工具，初期消耗的運算成本很高，當資料量大到超過一般機器無法處理的程度時，才能顯示它和傳統運算的差異。

* 就這陣子測試的心得，如果你的資料量大於 1GB 後才有使用巨量運算的價值。

* 不過，兩種方式本來就是不一樣，硬是拿來比較不是很妥當。在適當的資料量，選擇適合的工具，才是比較正確的作法。


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