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PySpark 中基于时间区间关联求平均值的完整实现教程

碧海醫心

碧海醫心

发布时间:2026-02-28 17:58:26

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来源于php中文网

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PySpark 中基于时间区间关联求平均值的完整实现教程

本文详解如何在 pyspark 中通过区间条件连接(non-equi join)将两个表按时间范围关联,并对匹配的数据计算平均值,最终回填至主表新列。

本文详解如何在 pyspark 中通过区间条件连接(non-equi join)将两个表按时间范围关联,并对匹配的数据计算平均值,最终回填至主表新列。

在 PySpark 中,直接使用窗口函数(如 Window.rangeBetween)对跨表的时间范围进行聚合是不可行的——因为 rangeBetween 仅支持基于当前 DataFrame 单列的有序数值范围滑动,无法动态引用另一张表的字段(如 table_1.StartTime)作为窗口边界。因此,正确解法是采用非等值连接(non-equijoin) + 分组聚合的组合策略。

✅ 核心思路:区间连接 + 聚合回填

首先,将 Table 1(定义时间范围)与 Table 2(含时间戳和观测值)进行左连接,连接条件为:

df1['StartTime'] <= df2['Timestamp']   AND   df1['StopTime'] >= df2['Timestamp']

该条件确保 Table 2 中每个落在 [StartTime, StopTime] 闭区间内的记录都被关联进来。随后,按 StartTime 和 StopTime 分组,对 Value 列求平均值即可。

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? 完整可运行代码示例

from pyspark.sql import SparkSession
from pyspark.sql import functions as F

spark = SparkSession.builder.appName("RangeAverage").getOrCreate()

# 构造 Table 1(时间范围定义)
df1 = spark.createDataFrame([(100, 140)], ["StartTime", "StopTime"])

# 构造 Table 2(带时间戳的观测值)
df2 = spark.createDataFrame([
    (80, 15.0), (90, 10.0), (100, 13.0), (110, 9.0),
    (120, 19.0), (130, 38.0), (140, 1.0), (150, 39.0)
], ["Timestamp", "Value"])

# ✅ 关键步骤:非等值左连接 + 分组聚合
df3 = df1.join(
    df2,
    on=(df1["StartTime"] <= df2["Timestamp"]) & (df1["StopTime"] >= df2["Timestamp"]),
    how="left"
).groupBy("StartTime", "StopTime") \
 .agg(F.round(F.avg("Value"), 1).alias("AverageValue"))

# 输出结果
df3.show()
# +---------+--------+------------+
# |StartTime|StopTime|AverageValue|
# +---------+--------+------------+
# |      100|     140|        16.0|
# +---------+--------+------------+

? 说明:F.round(F.avg("Value"), 1) 用于保留一位小数,使结果更符合示例中 16 的展示形式(实际计算值为 16.0)。

⚠️ 注意事项与最佳实践

  • 性能提示:非等值连接无法利用索引或分区优化,在大数据量下可能触发笛卡尔积风险。若 Table 1 规模较大(多组时间区间),建议先对 Table 2 按 Timestamp 排序并分桶,或改用广播嵌套循环(broadcast + filter)方式处理小范围 df1;
  • 空值处理:若某组 StartTime/StopTime 在 Table 2 中无匹配记录,F.avg() 将返回 null。如需默认值(如 0.0),可使用 F.coalesce(F.avg("Value"), F.lit(0.0));
  • 时间精度:本例使用整型时间戳,若为 TimestampType(如 yyyy-MM-dd HH:mm:ss),需确保比较逻辑兼容(推荐转为 unix_timestamp 统一单位);
  • 扩展性:若需同时计算多个统计量(如 count, min, max),可在同一 agg() 中链式调用,避免多次 shuffle。

✅ 总结

解决“跨表按动态区间聚合”问题,不应依赖窗口函数的 rangeBetween,而应坚定采用 join + groupBy + agg 的声明式范式。该方法语义清晰、逻辑可靠、易于调试与扩展,是 PySpark 中处理时序区间聚合的标准实践。掌握此模式,可轻松迁移至中位数、加权平均、条件计数等同类场景。

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