【python】 pandas.DataFrame.to_json 函数

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写在最前面

pandas 是一个强大的数据分析库，它提供了丰富的数据处理功能。在数据导出方面，to_json 函数是 pandas 提供的将数据框（DataFrame）保存为 JSON 格式文件的关键工具。在这篇博客中，我们将深入探讨 to_json 的使用方法、可用参数，并通过代码示例进行演示。

一、什么是 JSON？

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，易于人们读取和编写，同时也易于机器解析和生成。它的主要优点包括：

• 结构清晰：键值对结构使得数据组织直观。
• 语言无关：广泛支持多种编程语言。
• 可扩展性：灵活的数据表示使得它适合各种应用场景。

【性能对比】python读取json和直接从orcle数据库读，哪个更快？

在选择从 Oracle 数据库读取数据还是从 JSON 文件读取数据时，性能和用途是关键的考虑因素。下面将从多个方面比较这两种方法的速度和适用场景。

性能对比

1. 从 Oracle 数据库读取数据

   优点:

   • 实时性: 可以获取最新的数据库数据。
   • 查询能力: 可以使用 SQL 查询过滤和处理数据。
   • 数据完整性: 数据通常经过事务管理，确保一致性。

   缺点:

   • 延迟: 每次读取都需要网络通信，这可能增加延迟，特别是对于大量数据或复杂查询。
   • 负载: 大量读取操作可能增加数据库服务器的负载。

   性能:

   • 速度: 一般来说，从数据库读取数据会慢于从本地 JSON 文件读取数据，特别是在网络延迟或数据库负载较高的情况下。

2. 从 JSON 文件读取数据

   优点:

   • 速度: 读取本地文件通常比通过网络读取数据库要快，特别是对于大文件。
   • 低延迟: 适用于低延迟的批处理任务或离线分析。
   • 负载: 对数据库服务器没有负载。

   缺点:

   • 静态数据: JSON 文件中的数据是静态的，无法实时更新。
   • 无查询能力: 需要先加载到内存然后手动处理，无法像 SQL 那样查询和过滤。

   性能:

   • 速度: 一般比数据库访问快，但取决于 JSON 文件的大小和存储介质的 I/O 性能。

适用场景

1. 实时性要求高: 如果需要实时数据更新或处理，数据库访问是首选。
2. 数据分析和机器学习: 如果需要高效加载大量历史数据或进行离线分析，JSON 文件可能更适合。
3. 网络环境和负载: 在网络不稳定或数据库负载较高时，读取本地 JSON 文件通常更快。

• 读取速度: 从 JSON 文件读取通常比从数据库读取快，因为它不涉及网络通信和数据库查询处理。
• 实时性: 数据库读取提供最新数据，而 JSON 文件只能提供快照数据。
• 使用场景: 根据需求选择，静态或批量数据处理适合 JSON 文件，实时数据获取和处理适合数据库读取。

综合考虑

如果您的应用程序需要处理实时数据、频繁更新的数据，或者需要复杂的查询，那么从数据库读取数据更适合您。反之，如果您需要处理静态数据或进行离线分析，特别是在处理大数据集时，从 JSON 文件读取数据可能是一个更快的选择。

二、to_json 函数概述

pandas.DataFrame.to_json 是一个用于将 DataFrame 转换为 JSON 字符串或将其导出为 JSON 文件的函数。其语法如下：

DataFrame.to_json(path_or_buf=None, orient='columns', date_format='epoch',
                  double_precision=10, force_ascii=True, date_unit='ms',
                  default_handler=None, lines=False, compression='infer',
                  index=True, indent=None, storage_options=None)

参数详解

1. path_or_buf

• 描述: 指定文件路径或对象。如果为 None，将返回 JSON 字符串。
• 默认值: None
• 示例: 'data/output.json' 或者 None

2. orient

• 描述: 定义 JSON 数据的格式。可选值包括：
  • 'split'：将数据分为 index、columns、data 三部分。
  • 'records'：每行作为一个独立的 JSON 对象。
  • 'index'：将索引作为键，数据作为嵌套 JSON 对象。
  • 'columns'：将列名作为键，数据作为嵌套 JSON 对象。
  • 'values'：仅导出值的列表。
  • 'table'：基于 JSON 表格模式。
• 默认值: 'columns'
• 示例: 'records'

####3. date_format

• 描述: 日期格式。可选值包括 'epoch'、'iso'。
• 默认值: 'epoch'（将日期导出为 Unix 时间戳）
• 示例: 'iso'

4. double_precision

• 描述: 设置浮点精度。
• 默认值: 10
• 示例: 5

5. force_ascii

• 描述: 是否强制将非 ASCII 字符编码为 \u 序列。
• 默认值: True
• 示例: False

6. date_unit

• 描述: 日期单位。可选值包括 'ns'、'us'、'ms'、's'。
• 默认值: 'ms'
• 示例: 's'

7. default_handler

• 描述: 处理无法序列化对象的函数。
• 默认值: None
• 示例: 自定义函数

8. lines

• 描述: 是否使用 JSON Lines 格式，即每行一个 JSON 对象。
• 默认值: False
• 示例: True

9. compression

• 描述: 指定压缩模式。可选值包括 'infer'、'gzip'、'bz2'、'zip'、'xz'。
• 默认值: 'infer'
• 示例: 'gzip'

10. index

• 描述: 是否包含索引。
• 默认值: True
• 示例: False

11. indent

• 描述: 设置缩进级别。
• 默认值: None
• 示例: 4

12. storage_options

• 描述: 存储选项，例如访问远程文件系统时使用的选项。
• 默认值: None
• 示例: {"key": "value"}

代码示例

下面通过几个代码示例来展示 to_json 的实际用法。

示例 1: 导出为默认 JSON 格式

import pandas as pd

data = {
    'id': [1, 2, 3],
    'name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
    'age': [25, 30, 35]
}

df = pd.DataFrame(data)

# 导出为默认格式
df.to_json('data/default.json')

生成的 default.json 文件内容将如下所示：

{
    "id": {"0": 1, "1": 2, "2": 3},
    "name": {"0": "Alice", "1": "Bob", "2": "Charlie"},
    "age": {"0": 25, "1": 30, "2": 35}
}

示例 2: 导出为 JSON Lines 格式

# 导出为 JSON Lines 格式
df.to_json('data/lines.json', orient='records', lines=True)

生成的 lines.json 文件内容将如下所示：

{"id":1,"name":"Alice","age":25}
{"id":2,"name":"Bob","age":30}
{"id":3,"name":"Charlie","age":35}

示例 3: 导出为 orient='split' 格式

# 导出为 'split' 格式
df.to_json('data/split.json', orient='split')

生成的 split.json 文件内容将如下所示：

{
    "columns": ["id", "name", "age"],
    "index": [0, 1, 2],
    "data": [
        [1, "Alice", 25],
        [2, "Bob", 30],
        [3, "Charlie", 35]
    ]
}

示例 4: 使用压缩和指定浮点精度

# 使用压缩和指定浮点精度
df.to_json('data/compressed.json.gz', double_precision=2, compression='gzip')

读取 JSON 文件

我们也可以轻松地从 JSON 文件读取数据：

df_loaded = pd.read_json('data/lines.json', lines=True)
print(df_loaded)

输出：

   id     name  age
0   1    Alice   25
1   2      Bob   30
2   3  Charlie   35

小结

to_json 函数提供了灵活的参数设置，使得 pandas 数据框能够以多种格式导出为 JSON 文件。这些参数使你可以控制数据的格式、日期处理、浮点精度、压缩等。理解并应用这些参数，可以帮助你更高效地处理数据导出需求。

希望这篇博客能帮助你更好地理解和使用 pandas.DataFrame.to_json 函数。如果你有任何问题或建议，请随时在评论区留言。Happy Coding!

参考文献

• pandas 官方文档
• JSON Lines 文档

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