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  1. 2020.11.28 [PostgreSQL, Greenplum] 연속형 데이터의 집계/ 요약 통계량 구하기

이번 포스팅에서는 PostgreSQL, Greenplum database에서 SQL, MADlib 함수, PL/R, PL/Python을 사용해서 연속형 데이터에 대한 요약통계량을 구하는 방법을 소개하겠습니다.  무척 쉬운 내용이므로 쉬어가는 코너 정도로 가볍게 생각해주시면 좋겠습니다. ^^


PostgreSQL, Greenplum database 에서 연속형 데이터에 대해 그룹별로, 

(1) SQL 로 요약통계량 구하기

(2) Apache MADlib 으로 요약통계량 구하기





참고로, 이번 포스팅에서는 PostgreSQL 9.4, Greenplum 6.10.1 버전을 사용하였으며, PostgreSQL 9.4 버전보다 낮은 버전을 사용하면 최빈값(mode), 사분위부(percentile) 구하는 함수를 사용할 수 없습니다. 


먼저, 예제로 사용하기 위해 '나이'의 연속형 데이터와 '성별'의 범주형 데이터 (그룹)를 가진 간단한 테이블을 만들어보겠습니다. 결측값(missing value)도 성별 그룹별로 몇 개 넣어봤습니다. 



DROP TABLE IF EXISTS cust;

CREATE TABLE cust (id INT, age INT, gender TEXT);

INSERT INTO cust VALUES

(1,NULL,'M'),

(2,NULL,'M'),

(3,25,'M'),

(4,28,'M'),

(5,27,'M'),

(6,25,'M'),

(7,26,'M'),

(8,29,'M'),

(9,25,'M'),

(10,27,'M'),

(11,NULL,'F'),

(12,23,'F'),

(13,25,'F'),

(14,23,'F'),

(15,24,'F'),

(16,26,'F'),

(17,23,'F'),

(18,24,'F'),

(19,22,'F'),

(20,23,'F');

 




 (1) SQL로 연속형 데이터의 그룹별 요약통계량 구하기


함수가 굳이 설명을 안해도 될 정도로 간단하므로 길게 설명하지는 않겠습니다. 


표준편차 STDDEV() 와 분산 VARIANCE() 함수는 표본표준편차(sample standard deviation), 표본분산(sample variance) 를 계산해줍니다. 만약 모표준편차(population standard deviation), 모분산(population variance)를 구하고 싶으면 STDDEV_POP(), VAR_POP() 함수를 사용하면 됩니다. 


PostgreSQL 9.4 버전 이상부터 최빈값(MODE), 백분위수(Percentile) 함수가 생겨서 정렬한 후에 집계하는 기능이 매우 편리해졌습니다. (MODE(), PERCENTILE_DISC() 함수를 사용하지 않고 pure SQL로 최빈값과 백분위수를 구하려면 query 가 꽤 길어집니다.)



SELECT

    gender AS group_by_value

    , 'age' AS target_column

    , COUNT(*) AS row_count

    , COUNT(DISTINCT age) AS distinct_values

    , AVG(age)

    , VARIANCE(age)

    , STDDEV(age)

    , MIN(age)

    , PERCENTILE_DISC(0.25) WITHIN GROUP (ORDER BY age) AS first_quartile

    , MEDIAN(age)

    , PERCENTILE_DISC(0.75) WITHIN GROUP (ORDER BY age) AS third_quartile

    , MAX(age)

    , MODE() WITHIN GROUP (ORDER BY age) -- over PostgreSQL 9.4

FROM cust

WHERE age IS NOT NULL

GROUP BY gender

ORDER BY gender;





성별 그룹별로 연령(age) 칼럼의 결측값 개수를 구해보겠습니다. 

결측값 개수는 WHERE age IS NULL 로 조건절을 주고 COUNT(*)로 행의 개수를 세어주면 됩니다. 



SELECT 

    gender

    , COUNT(*) AS missing_count

FROM cust

WHERE age IS NULL

GROUP BY gender

ORDER BY gender;


Out[5]:
gendermissing_count
F1
M2





위의 집계/ 요약통계량과 결측값 개수를 하나의 조회 결과로 보려면 아래처럼 Join 을 해주면 됩니다.



WITH summary_tbl AS (
    SELECT
        gender AS group_by_value
        , 'age' AS target_column
        , COUNT(*) AS row_count
        , COUNT(DISTINCT age) AS distinct_values
        , AVG(age)
        , VARIANCE(age)
        , STDDEV(age)
        , MIN(age)
        , PERCENTILE_DISC(0.25) WITHIN GROUP (ORDER BY age) AS first_quartile
        , MEDIAN(age)
        , PERCENTILE_DISC(0.75) WITHIN GROUP (ORDER BY age) AS third_quartile
        , MAX(age)
        , MODE() WITHIN GROUP (ORDER BY age)
    FROM cust
    WHERE age IS NOT NULL
    GROUP BY gender
    ORDER BY gender
), missing_tbl AS (
    SELECT
        gender AS group_by_value
        , COUNT(*) AS missing_count
    FROM cust
    WHERE age IS NULL
    GROUP BY gender
)
SELECT a.*, b.missing_count
FROM summary_tbl a LEFT JOIN missing_tbl b USING(group_by_value)
;

 




  (2) Apache MADlib으로 연속형 데이터의 그룹별 요약통계량 구하기


Apache MADlib의 madlib.summary() 함수를 사용하면 단 몇 줄의 코드만으로 위의 (1)번에서 SQL 집계 함수를 사용해서 길게 짠 코드를 대신해서 매우 깔끔하고 간단하게 구할 수 있습니다. 


아래는 (1)번의 결과를 얻기위해 성별(gender) 연령(age) 칼럼의 집계/요약데이터를 구하는 madlib.summary() 함수 예시입니다. 


Target columns 위치에는 1 개 이상의 분석을 원하는 연속형 데이터 칼럼을 추가로 넣어주기만 하면 되므로 (1) 번의 pure SQL 대비 훨씬 편리한 측면이 있습니다! 


그리고 그룹별로 구분해서 집계/요약하고 싶으면 Grouping columns 위치에 기준 칼럼 이름을 넣어주기만 하면 되므로 역시 (1)번의 pure SQL 대비 훨씬 편리합니다!



DROP TABLE IF EXISTS cust_summary;

SELECT madlib.summary('cust'     -- Source table

                      ,'cust_summary'   -- Output table

                      , 'age'                -- Target columns

                      , 'gender'            -- Grouping columns

);






madlib.summary() 함수의 결과 테이블에서 조회할 수 있는 집계/요약통계량 칼럼 리스트는 아래와 같습니다. 



SELECT column_name

FROM INFORMATION_SCHEMA.COLUMNS

    WHERE TABLE_SCHEMA = 'public'

        AND TABLE_NAME    = 'cust_summary'

    ORDER BY ORDINAL_POSITION;

Out[7]:
column_name
group_by
group_by_value
target_column
column_number
data_type
row_count
distinct_values
missing_values
blank_values
fraction_missing
fraction_blank
positive_values
negative_values
zero_values
mean
variance
confidence_interval
min
max
first_quartile
median
third_quartile
most_frequent_values
mfv_frequencies

 



[Reference]

* PostgreSQL aggregate functions: https://www.postgresql.org/docs/9.4/functions-aggregate.html

* Apache MADlib summary function: https://madlib.apache.org/docs/v1.11/group__grp__summary.html



다음번 포스팅에서는 PostgreSQL, Greenplum에서 SQL과 Apache MADlib을 이용하여 상관계수, 상관계수 행렬을 구하는 방법(https://rfriend.tistory.com/581)을 소개하겠습니다.


이번 포스팅이 많은 도움이 되었기를 바랍니다. 

행복한 데이터 과학자 되세요!



Posted by R Friend Rfriend

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