推荐系统中经常需要处理类似user_id,item_id,rating这样的数据，其实就是数学里面的稀疏矩阵，scipy中提供了sparse模块来解决这个问题，但scipy.sparse有很多问题不太合用：1、不能很好的同时支持data[i,...]、data[...,j]、data[i,j]快速切片；2、由于数据保存在内存中，不能很好的支持海量数据处理。

要支持data[i,j]的快速切片，需要i或者j的数据集中存储；同时，为了保存海量的数据，也需要把数据的一部分放在硬盘上，用内存做buffer。这里的解决方案比较简单，用一个类Dict的东西来存储数据，对于某个i（比如9527），它的数据保存在dict['i9527']里面，同样的，对于某个j（比如3306），它的全部数据保存在dict['j3306']里面，需要取出data[9527,...]的时候，只要取出dict['i9527']即可，dict['i9527']原本是一个dict对象，储存某个j对应的值，为了节省内存空间，我们把这个dict以二进制字符串形式存储，直接上代码：

# @param 一种比较省内存的稀疏矩阵Python存储方案
# @author 编程之家 jb51.cc|www.www.jb51.cc 
'''
Sparse Matrix
'''
import struct
import numpy as np
import bsddb
from cStringIO import StringIO
 
class DictMatrix():
    def __init__(self,container = {},dft = 0.0):
        self._data  = container
        self._dft   = dft
        self._nums  = 0
 
    def __setitem__(self,index,value):
        try:
            i,j = index
        except:
            raise IndexError('invalid index')
 
        ik = ('i%d' % i)
        # 为了节省内存，我们把j,value打包成字二进制字符串
        ib = struct.pack('if',j,value)
        jk = ('j%d' % j)
        jb = struct.pack('if',i,value)
 
        try:
            self._data[ik] += ib
        except:
            self._data[ik] = ib
        try:
            self._data[jk] += jb
        except:
            self._data[jk] = jb
        self._nums += 1
 
    def __getitem__(self,index):
        try:
            i,j = index
        except:
            raise IndexError('invalid index')
 
        if (isinstance(i,int)):
            ik = ('i%d' % i)
            if not self._data.has_key(ik): return self._dft
            ret = dict(np.fromstring(self._data[ik],dtype = 'i4,f4'))
            if (isinstance(j,int)): return ret.get(j,self._dft)
 
        if (isinstance(j,int)):
            jk = ('j%d' % j)
            if not self._data.has_key(jk): return self._dft
            ret = dict(np.fromstring(self._data[jk],f4'))
 
        return ret
 
    def __len__(self):
        return self._nums
 
    def __iter__(self):
        pass
 
    '''
    从文件中生成matrix
    考虑到dbm读写的性能不如内存，我们做了一些缓存，每1000W次批量写入一次
    考虑到字符串拼接性能不太好，我们直接用StringIO来做拼接
    '''
    def from_file(self,fp,sep = 't'):
        cnt = 0
        cache = {}
        for l in fp:
            if 10000000 == cnt:
                self._flush(cache)
                cnt = 0
                cache = {}
            i,v = [float(i) for i in l.split(sep)]
 
            ik = ('i%d' % i)
            ib = struct.pack('if',v)
            jk = ('j%d' % j)
            jb = struct.pack('if',v)
 
            try:
                cache[ik].write(ib)
            except:
                cache[ik] = StringIO()
                cache[ik].write(ib)
 
            try:
                cache[jk].write(jb)
            except:
                cache[jk] = StringIO()
                cache[jk].write(jb)
 
            cnt += 1
            self._nums += 1
 
        self._flush(cache)
        return self._nums
 
    def _flush(self,cache):
        for k,v in cache.items():
            v.seek(0)
            s = v.read()
            try:
                self._data[k] += s
            except:
                self._data[k] = s
 
if __name__ == '__main__':
    db = bsddb.btopen(None,cachesize = 268435456)
    data = DictMatrix(db)
    data.from_file(open('/path/to/log.txt','r'),',')
# End www.jb51.cc

测试4500W条rating数据（整形,整型,浮点格式），922MB文本文件导入，采用内存dict储存的话，12分钟构建完毕，消耗内存1.2G，采用示例代码中的bdb存储，20分钟构建完毕，占用内存300～400MB左右，比cachesize大不了多少，数据读取测试：

# @param 一种比较省内存的稀疏矩阵Python存储方案
# @author 编程之家 jb51.cc|www.www.jb51.cc 
import timeit
timeit.Timer('foo = __main__.data[9527,...]','import __main__').timeit(number = 1000)
# End www.jb51.cc

消耗1.4788秒，大概读取一条数据1.5ms。

采用类Dict来存储数据的另一个好处是你可以随便用内存Dict或者其他任何形式的DBM，甚至传说中的Tokyo Cabinet….

好的，码完收工。