Spark zip算子优雅地实现差分计算

Spark zip算子实现高效地差分算法

什么是差分呢？用公式表示就如下图所示：

差分计算有什么用呢？它在时间序列建模中重要作用自不必说，单是在日常开发的各个场景中就有许多用的上的地方，比如在广告浏览中，我们监控每个id点击某个广告的间隔时长等指标，判断是否存在恶意点击的行为；再比如我们监控某个传感器传入的数据间隔，判断该传感器是否正常工作。类似的应用场景还有许多。在这里就不做更多介绍。

虽然这些计算在实时处理的时候可以很简单的就能实现，但是很多情况下我们还是需要进行离线计算，在spark sql中如何能快速的实现这个功能呢，zip算子为我们提供了一个优雅的实现。
案例：现在我们有一个数据集，记录的是传感器传输消息的时间，为了简单起见，笔者在这里只给出了id，和时间戳，我们要计算传感器传输的时间间隔
| |

// 数据量
+---+-----+
|mid|count|
+---+-----+
| m1|84840|
| m2|35621|
+---+-----+

    val spec = Window.partitionBy($"mid").orderBy($"timestamp")

    val sensor = spark.read.option("header", true)
      .option("InferSchema", true)
      .csv(inputFile) // 加载数据
      .withColumn("r", row_number().over(spec)) // 利用窗口函数对数据分区排序


    /**
      * 实现的思路就是将原数据分为分别 “去头掐尾”
      * 然后在利用zip函数 进行差分计算
      */
    val n = 1 // 差分阶数
    val lastnMap = sensor.groupBy($"mid").agg(last("r"))
      .toDF("mid", "r").rdd.map(row => {
      val mid = row.getAs[String]("mid")
      val r = row.getAs[Int]("r")
      val range = (r - n + 1) to r
      range.map(i => (mid, i) -> false)
    }).flatMap(_.toMap).collect().toMap

    val lastBroad = spark.sparkContext.broadcast(lastnMap)

    val exceptLastUDF = udf((mmsi: String, r: Int) => {
      lastBroad.value.getOrElse((mmsi, r), true)
    })



    sensor.groupBy($"mid").count().show()

    // 去掉每组后n行数据
    val exceptLastRDD: RDD[Row] = sensor.where(exceptLastUDF($"mid", $"r")).rdd

    // 去掉每组前n行数据
    val exceptFirstRDD: RDD[Row] = sensor.where($"r" > n).rdd

    // RDD[(Row, Row)
    val diffed: DataFrame = exceptFirstRDD.zip(exceptLastRDD)
      .map(drow => {
        //     两个row之间还可以进行更复杂的操作，这里只做时间差计算
        val mid = drow._1.getAs[String]("mid")
        val time = drow._1.getAs[Int]("timestamp")
        val time2 = drow._2.getAs[Int]("timestamp")
        val r = drow._1.getAs[Int]("r")
        val r2 = drow._2.getAs[Int]("r")
        (mid, time, r, r2, time - time2)
      }).toDF("mid", "time", "r", "r2", "timeDiff")

    // 结果查看
    diffed.show()
 +---+----------+---+---+--------+
|mid|      time|  r| r2|timeDiff|
+---+----------+---+---+--------+
| m1|1519833112|  2|  1|     180|
| m1|1519833253|  3|  2|     141|
| m1|1519833472|  4|  3|     219|
| m1|1519833652|  5|  4|     180|
| m1|1519833952|  6|  5|     300|
+---+----------+---+---+--------+