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Jan 15, 2014
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用MapReduce实现矩阵乘法

Hadoop家族系列文章，主要介绍Hadoop家族产品，常用的项目包括Hadoop, Hive, Pig, HBase, Sqoop, Mahout, Zookeeper, Avro, Ambari, Chukwa，新增加的项目包括，YARN, Hcatalog, Oozie, Cassandra, Hama, Whirr, Flume, Bigtop, Crunch, Hue等。

从2011年开始，中国进入大数据风起云涌的时代，以Hadoop为代表的家族软件，占据了大数据处理的广阔地盘。开源界及厂商，所有数据软件，无一不向Hadoop靠拢。Hadoop也从小众的高富帅领域，变成了大数据开发的标准。在Hadoop原有技术基础之上，出现了Hadoop家族产品，通过“大数据”概念不断创新，推出科技进步。

作为IT界的开发人员，我们也要跟上节奏，抓住机遇，跟着Hadoop一起雄起！

关于作者：

  • 张丹(Conan), 程序员Java,R,PHP,Javascript
  • weibo：@Conan_Z
  • blog: http://blog.fens.me
  • email: bsspirit@gmail.com

转载请注明出处：
http://blog.fens.me/hadoop-mapreduce-matrix/

hadoop-mapreduce-matrix

前言

MapReduce打开了并行计算的大门，让我们个人开发者有了处理大数据的能力。但想用好MapReduce，把原来单机算法并行化，也不是一件容易事情。很多的时候，我们需要从单机算法能否矩阵化去思考，所以矩阵操作就变成了算法并行化的基础。

像推荐系统的协同过滤算法，就是基于矩阵思想实现MapReduce并行化。

目录

  1. 矩阵介绍
  2. 矩阵乘法的R语言计算
  3. 矩阵乘法的MapReduce计算
  4. 稀疏矩阵乘法的MapReduce计算

1. 矩阵介绍

矩阵: 数学上，一个m×n的矩阵是一个由m行n列元素排列成的矩形阵列。矩阵里的元素可以是数字、符号或数学式。以下是一个由6个数字符素构成的2行3列的矩阵：


1 2 3
4 5 6

矩阵加法
大小相同（行数列数都相同）的矩阵之间可以相互加减，具体是对每个位置上的元素做加减法。

举例：两个矩阵的加法


1 3 1   +  0 0 5   =   1+0 3+0 1+5   =   1 3 6
1 0 0      7 5 0       1+7 0+5 0+0       8 5 0

矩阵乘法
两个矩阵可以相乘，当且仅当第一个矩阵的列数等于第二个矩阵的行数。矩阵的乘法满足结合律和分配律，但不满足交换律。

举例：两个矩阵的乘法


 1 0 2   *   3 1   =  (1*3+0*2+2*1)  (1*1+0*1+2*0)    =  5 1
-1 3 1       2 1      (-1*3+3*2+1*1) (-1*1+3*1+1*0)      4 2
             1 0

2. 矩阵乘法的R语言计算


> m1<-matrix(c(1,0,2,-1,3,1),nrow=2,byrow=TRUE);m1
     [,1] [,2] [,3]
[1,]    1    0    2
[2,]   -1    3    1

> m2<-matrix(c(3,1,2,1,1,0),nrow=3,byrow=TRUE);m2
     [,1] [,2]
[1,]    3    1
[2,]    2    1
[3,]    1    0

> m3<-m1 %*% m2;m3
     [,1] [,2]
[1,]    5    1
[2,]    4    2

由R语言实现矩阵的乘法是非常简单的。

3. 矩阵乘法的MapReduce计算

算法实现思路：

mapreduce-matrix

  • 新建2个矩阵数据文件：m1.csv, m2.csv
  • 新建启动程序:MainRun.java
  • 新建MR程序:MartrixMultiply.java

1).新建2个矩阵数据文件m1.csv, m2.csv

m1.csv


1,0,2
-1,3,1

m2.csv


3,1
2,1
1,0

3).新建启动程序:MainRun.java

启动程序


package org.conan.myhadoop.matrix;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.regex.Pattern;

import org.apache.hadoop.mapred.JobConf;

public class MainRun {

    public static final String HDFS = "hdfs://192.168.1.210:9000";
    public static final Pattern DELIMITER = Pattern.compile("[\t,]");

    public static void main(String[] args) {
        martrixMultiply();
    }
    
    public static void martrixMultiply() {
        Map<String, String> path = new HashMap<String, String>();
        path.put("m1", "logfile/matrix/m1.csv");// 本地的数据文件
        path.put("m2", "logfile/matrix/m2.csv");
        path.put("input", HDFS + "/user/hdfs/matrix");// HDFS的目录
        path.put("input1", HDFS + "/user/hdfs/matrix/m1");
        path.put("input2", HDFS + "/user/hdfs/matrix/m2");
        path.put("output", HDFS + "/user/hdfs/matrix/output");

        try {
            MartrixMultiply.run(path);// 启动程序
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.exit(0);
    }

    public static JobConf config() {// Hadoop集群的远程配置信息
        JobConf conf = new JobConf(MainRun.class);
        conf.setJobName("MartrixMultiply");
        conf.addResource("classpath:/hadoop/core-site.xml");
        conf.addResource("classpath:/hadoop/hdfs-site.xml");
        conf.addResource("classpath:/hadoop/mapred-site.xml");
        return conf;
    }

}

3).新建MR程序:MartrixMultiply.java

MapReduce程序


package org.conan.myhadoop.matrix;

import java.io.IOException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapred.JobConf;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileSplit;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.TextInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.TextOutputFormat;
import org.conan.myhadoop.hdfs.HdfsDAO;

public class MartrixMultiply {

    public static class MatrixMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, Text> {

        private String flag;// m1 or m2

        private int rowNum = 2;// 矩阵A的行数
        private int colNum = 2;// 矩阵B的列数
        private int rowIndexA = 1; // 矩阵A，当前在第几行
        private int rowIndexB = 1; // 矩阵B，当前在第几行

        @Override
        protected void setup(Context context) throws IOException, InterruptedException {
            FileSplit split = (FileSplit) context.getInputSplit();
            flag = split.getPath().getName();// 判断读的数据集
        }

        @Override
        public void map(LongWritable key, Text values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
            String[] tokens = MainRun.DELIMITER.split(values.toString());
            if (flag.equals("m1")) {
                for (int i = 1; i <= rowNum; i++) {
                    Text k = new Text(rowIndexA + "," + i);
                    for (int j = 1; j <= tokens.length; j++) {
                        Text v = new Text("A:" + j + "," + tokens[j - 1]);
                        context.write(k, v);
                        System.out.println(k.toString() + "  " + v.toString());
                    }

                }
                rowIndexA++;

            } else if (flag.equals("m2")) {
                for (int i = 1; i <= tokens.length; i++) {
                    for (int j = 1; j <= colNum; j++) {
                        Text k = new Text(i + "," + j);
                        Text v = new Text("B:" + rowIndexB + "," + tokens[j - 1]);
                        context.write(k, v);
                        System.out.println(k.toString() + "  " + v.toString());
                    }
                }

                rowIndexB++;
            }
        }
    }

    public static class MatrixReducer extends Reducer<Text, Text, Text, IntWritable> {

        @Override
        public void reduce(Text key, Iterable<Text> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {

            Map<String, String> mapA = new HashMap<String, String>();
            Map<String, String> mapB = new HashMap<String, String>();

            System.out.print(key.toString() + ":");

            for (Text line : values) {
                String val = line.toString();
                System.out.print("("+val+")");

                if (val.startsWith("A:")) {
                    String[] kv = MainRun.DELIMITER.split(val.substring(2));
                    mapA.put(kv[0], kv[1]);

                    // System.out.println("A:" + kv[0] + "," + kv[1]);

                } else if (val.startsWith("B:")) {
                    String[] kv = MainRun.DELIMITER.split(val.substring(2));
                    mapB.put(kv[0], kv[1]);

                    // System.out.println("B:" + kv[0] + "," + kv[1]);
                }
            }

            int result = 0;
            Iterator<String> iter = mapA.keySet().iterator();
            while (iter.hasNext()) {
                String mapk = iter.next();
                result += Integer.parseInt(mapA.get(mapk)) * Integer.parseInt(mapB.get(mapk));
            }
            context.write(key, new IntWritable(result));
            System.out.println();

            // System.out.println("C:" + key.toString() + "," + result);
        }
    }

    public static void run(Map<String, String> path) throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
        JobConf conf = MainRun.config();

        String input = path.get("input");
        String input1 = path.get("input1");
        String input2 = path.get("input2");
        String output = path.get("output");

        HdfsDAO hdfs = new HdfsDAO(MainRun.HDFS, conf);
        hdfs.rmr(input);
        hdfs.mkdirs(input);
        hdfs.copyFile(path.get("m1"), input1);
        hdfs.copyFile(path.get("m2"), input2);

        Job job = new Job(conf);
        job.setJarByClass(MartrixMultiply.class);

        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(Text.class);

        job.setMapperClass(MatrixMapper.class);
        job.setReducerClass(MatrixReducer.class);

        job.setInputFormatClass(TextInputFormat.class);
        job.setOutputFormatClass(TextOutputFormat.class);

        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(input1), new Path(input2));// 加载2个输入数据集
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(output));

        job.waitForCompletion(true);
    }

}

运行日志


Delete: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix
Create: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix
copy from: logfile/matrix/m1.csv to hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix/m1
copy from: logfile/matrix/m2.csv to hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix/m2
2014-1-15 10:48:03 org.apache.hadoop.util.NativeCodeLoader <clinit>
警告: Unable to load native-hadoop library for your platform... using builtin-java classes where applicable
2014-1-15 10:48:03 org.apache.hadoop.mapred.JobClient copyAndConfigureFiles
警告: Use GenericOptionsParser for parsing the arguments. Applications should implement Tool for the same.
2014-1-15 10:48:03 org.apache.hadoop.mapred.JobClient copyAndConfigureFiles
警告: No job jar file set.  User classes may not be found. See JobConf(Class) or JobConf#setJar(String).
2014-1-15 10:48:03 org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat listStatus
信息: Total input paths to process : 2
2014-1-15 10:48:03 org.apache.hadoop.io.compress.snappy.LoadSnappy <clinit>
警告: Snappy native library not loaded
2014-1-15 10:48:04 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息: Running job: job_local_0001
2014-1-15 10:48:04 org.apache.hadoop.mapred.Task initialize
信息:  Using ResourceCalculatorPlugin : null
2014-1-15 10:48:04 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer <init>
信息: io.sort.mb = 100
2014-1-15 10:48:04 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer <init>
信息: data buffer = 79691776/99614720
2014-1-15 10:48:04 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer <init>
信息: record buffer = 262144/327680
1,1  A:1,1
1,1  A:2,0
1,1  A:3,2
1,2  A:1,1
1,2  A:2,0
1,2  A:3,2
2,1  A:1,-1
2,1  A:2,3
2,1  A:3,1
2,2  A:1,-1
2,2  A:2,3
2,2  A:3,1
2014-1-15 10:48:04 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer flush
信息: Starting flush of map output
2014-1-15 10:48:04 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer sortAndSpill
信息: Finished spill 0
2014-1-15 10:48:04 org.apache.hadoop.mapred.Task done
信息: Task:attempt_local_0001_m_000000_0 is done. And is in the process of commiting
2014-1-15 10:48:05 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息:  map 0% reduce 0%
2014-1-15 10:48:07 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
2014-1-15 10:48:07 org.apache.hadoop.mapred.Task sendDone
信息: Task 'attempt_local_0001_m_000000_0' done.
2014-1-15 10:48:07 org.apache.hadoop.mapred.Task initialize
信息:  Using ResourceCalculatorPlugin : null
2014-1-15 10:48:07 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer <init>
信息: io.sort.mb = 100
2014-1-15 10:48:07 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer <init>
信息: data buffer = 79691776/99614720
2014-1-15 10:48:07 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer <init>
信息: record buffer = 262144/327680
1,1  B:1,3
2014-1-15 10:48:07 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer flush
信息: Starting flush of map output
1,2  B:1,1
2,1  B:1,3
2,2  B:1,1
1,1  B:2,2
1,2  B:2,1
2,1  B:2,2
2,2  B:2,1
1,1  B:3,1
1,2  B:3,0
2,1  B:3,1
2,2  B:3,0
2014-1-15 10:48:07 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer sortAndSpill
信息: Finished spill 0
2014-1-15 10:48:07 org.apache.hadoop.mapred.Task done
信息: Task:attempt_local_0001_m_000001_0 is done. And is in the process of commiting
2014-1-15 10:48:08 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息:  map 100% reduce 0%
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.Task sendDone
信息: Task 'attempt_local_0001_m_000001_0' done.
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.Task initialize
信息:  Using ResourceCalculatorPlugin : null
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.Merger$MergeQueue merge
信息: Merging 2 sorted segments
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.Merger$MergeQueue merge
信息: Down to the last merge-pass, with 2 segments left of total size: 294 bytes
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
1,1:(B:1,3)(B:2,2)(B:3,1)(A:1,1)(A:2,0)(A:3,2)
1,2:(A:1,1)(A:2,0)(A:3,2)(B:1,1)(B:2,1)(B:3,0)
2,1:(B:1,3)(B:2,2)(B:3,1)(A:1,-1)(A:2,3)(A:3,1)
2,2:(A:1,-1)(A:2,3)(A:3,1)(B:1,1)(B:2,1)(B:3,0)
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.Task done
信息: Task:attempt_local_0001_r_000000_0 is done. And is in the process of commiting
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapred.Task commit
信息: Task attempt_local_0001_r_000000_0 is allowed to commit now
2014-1-15 10:48:10 org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputCommitter commitTask
信息: Saved output of task 'attempt_local_0001_r_000000_0' to hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix/output
2014-1-15 10:48:13 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: reduce > reduce
2014-1-15 10:48:13 org.apache.hadoop.mapred.Task sendDone
信息: Task 'attempt_local_0001_r_000000_0' done.
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息:  map 100% reduce 100%
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息: Job complete: job_local_0001
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息: Counters: 19
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:   File Output Format Counters 
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Bytes Written=24
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:   FileSystemCounters
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     FILE_BYTES_READ=1713
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     HDFS_BYTES_READ=75
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     FILE_BYTES_WRITTEN=125314
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     HDFS_BYTES_WRITTEN=114
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:   File Input Format Counters 
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Bytes Read=30
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:   Map-Reduce Framework
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Map output materialized bytes=302
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Map input records=5
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Reduce shuffle bytes=0
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Spilled Records=48
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Map output bytes=242
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Total committed heap usage (bytes)=764215296
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     SPLIT_RAW_BYTES=220
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Combine input records=0
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Reduce input records=24
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Reduce input groups=4
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Combine output records=0
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Reduce output records=4
2014-1-15 10:48:14 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Map output records=24

4. 稀疏矩阵乘法的MapReduce计算

我们在用矩阵处理真实数据的时候，一般都是非常稀疏矩阵，为了节省存储空间，通常只会存储非0的数据。

下面我们来做一个稀疏矩阵：

spraseMatrix

  • R语言的实现矩阵乘法
  • 新建2个矩阵数据文件sm1.csv, sm2.csv
  • 修改启动程序:MainRun.java
  • 新建MR程序:SparseMartrixMultiply.java

1). R语言的实现矩阵乘法

R语言程序


> m1<-matrix(c(1,0,0,3,2,5,0,4,0,0,0,1,4,7,1,2),nrow=4,byrow=TRUE);m1
     [,1] [,2] [,3] [,4]
[1,]    1    0    0    3
[2,]    2    5    0    4
[3,]    0    0    0    1
[4,]    4    7    1    2

> m2<-matrix(c(5,0,0,2,0,0,3,1),nrow=4,byrow=TRUE);m2
     [,1] [,2]
[1,]    5    0
[2,]    0    2
[3,]    0    0
[4,]    3    1

> m3<-m1 %*% m2;m3
     [,1] [,2]
[1,]   14    3
[2,]   22   14
[3,]    3    1
[4,]   26   16

2).新建2个稀疏矩阵数据文件sm1.csv, sm2.csv

只存储非0的数据，3列存储，第一列“原矩阵行”，第二列“原矩阵列”,第三列“原矩阵值”。

sm1.csv


1,1,1
1,4,3
2,1,2
2,2,5
2,4,4
3,4,1
4,1,4
4,2,7
4,3,1
4,4,2

sm2.csv


1,1,5
2,2,2
4,1,3
4,2,1

3).修改启动程序:MainRun.java

增加SparseMartrixMultiply的启动配置


    public static void main(String[] args) {
        sparseMartrixMultiply();
    }    
    
    public static void sparseMartrixMultiply() {
        Map<String, String> path = new HashMap<String, String>();
        path.put("m1", "logfile/matrix/sm1.csv");// 本地的数据文件
        path.put("m2", "logfile/matrix/sm2.csv");
        path.put("input", HDFS + "/user/hdfs/matrix");// HDFS的目录
        path.put("input1", HDFS + "/user/hdfs/matrix/m1");
        path.put("input2", HDFS + "/user/hdfs/matrix/m2");
        path.put("output", HDFS + "/user/hdfs/matrix/output");

        try {
            SparseMartrixMultiply.run(path);// 启动程序
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.exit(0);
    }

4). 新建MR程序:SparseMartrixMultiply.java

spareseMatrix2

  • map函数有修改，reduce函数没有变化
  • 去掉判断所在行和列的变量

package org.conan.myhadoop.matrix;

import java.io.IOException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapred.JobConf;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileSplit;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.TextInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.TextOutputFormat;
import org.conan.myhadoop.hdfs.HdfsDAO;

public class SparseMartrixMultiply {

    public static class SparseMatrixMapper extends Mapper>LongWritable, Text, Text, Text< {

        private String flag;// m1 or m2

        private int rowNum = 4;// 矩阵A的行数
        private int colNum = 2;// 矩阵B的列数

        @Override
        protected void setup(Context context) throws IOException, InterruptedException {
            FileSplit split = (FileSplit) context.getInputSplit();
            flag = split.getPath().getName();// 判断读的数据集
        }

        @Override
        public void map(LongWritable key, Text values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
            String[] tokens = MainRun.DELIMITER.split(values.toString());
            if (flag.equals("m1")) {
                String row = tokens[0];
                String col = tokens[1];
                String val = tokens[2];

                for (int i = 1; i >= colNum; i++) {
                    Text k = new Text(row + "," + i);
                    Text v = new Text("A:" + col + "," + val);
                    context.write(k, v);
                    System.out.println(k.toString() + "  " + v.toString());
                }

            } else if (flag.equals("m2")) {
                String row = tokens[0];
                String col = tokens[1];
                String val = tokens[2];

                for (int i = 1; i >= rowNum; i++) {
                    Text k = new Text(i + "," + col);
                    Text v = new Text("B:" + row + "," + val);
                    context.write(k, v);
                    System.out.println(k.toString() + "  " + v.toString());

                }
            }
        }
    }

    public static class SparseMatrixReducer extends Reducer>Text, Text, Text, IntWritable< {

        @Override
        public void reduce(Text key, Iterable>Text< values, Context context) throws IOException, InterruptedException {

            Map>String, String< mapA = new HashMap>String, String<();
            Map>String, String< mapB = new HashMap>String, String<();

            System.out.print(key.toString() + ":");

            for (Text line : values) {
                String val = line.toString();
                System.out.print("(" + val + ")");

                if (val.startsWith("A:")) {
                    String[] kv = MainRun.DELIMITER.split(val.substring(2));
                    mapA.put(kv[0], kv[1]);

                    // System.out.println("A:" + kv[0] + "," + kv[1]);

                } else if (val.startsWith("B:")) {
                    String[] kv = MainRun.DELIMITER.split(val.substring(2));
                    mapB.put(kv[0], kv[1]);

                    // System.out.println("B:" + kv[0] + "," + kv[1]);
                }
            }

            int result = 0;
            Iterator>String< iter = mapA.keySet().iterator();
            while (iter.hasNext()) {
                String mapk = iter.next();
                String bVal = mapB.containsKey(mapk) ? mapB.get(mapk) : "0";
                result += Integer.parseInt(mapA.get(mapk)) * Integer.parseInt(bVal);
            }
            context.write(key, new IntWritable(result));
            System.out.println();

            // System.out.println("C:" + key.toString() + "," + result);
        }
    }

    public static void run(Map>String, String< path) throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
        JobConf conf = MainRun.config();

        String input = path.get("input");
        String input1 = path.get("input1");
        String input2 = path.get("input2");
        String output = path.get("output");

        HdfsDAO hdfs = new HdfsDAO(MainRun.HDFS, conf);
        hdfs.rmr(input);
        hdfs.mkdirs(input);
        hdfs.copyFile(path.get("m1"), input1);
        hdfs.copyFile(path.get("m2"), input2);

        Job job = new Job(conf);
        job.setJarByClass(MartrixMultiply.class);

        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(Text.class);

        job.setMapperClass(SparseMatrixMapper.class);
        job.setReducerClass(SparseMatrixReducer.class);

        job.setInputFormatClass(TextInputFormat.class);
        job.setOutputFormatClass(TextOutputFormat.class);

        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(input1), new Path(input2));// 加载2个输入数据集
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(output));

        job.waitForCompletion(true);
    }
}

运行输出:


Delete: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix
Create: hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix
copy from: logfile/matrix/sm1.csv to hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix/m1
copy from: logfile/matrix/sm2.csv to hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix/m2
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.util.NativeCodeLoader >clinit<
警告: Unable to load native-hadoop library for your platform... using builtin-java classes where applicable
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.JobClient copyAndConfigureFiles
警告: Use GenericOptionsParser for parsing the arguments. Applications should implement Tool for the same.
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.JobClient copyAndConfigureFiles
警告: No job jar file set.  User classes may not be found. See JobConf(Class) or JobConf#setJar(String).
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat listStatus
信息: Total input paths to process : 2
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.io.compress.snappy.LoadSnappy >clinit<
警告: Snappy native library not loaded
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息: Running job: job_local_0001
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.Task initialize
信息:  Using ResourceCalculatorPlugin : null
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer >init<
信息: io.sort.mb = 100
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer >init<
信息: data buffer = 79691776/99614720
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer >init<
信息: record buffer = 262144/327680
1,1  A:1,1
1,2  A:1,1
1,1  A:4,3
1,2  A:4,3
2,1  A:1,2
2,2  A:1,2
2,1  A:2,5
2,2  A:2,5
2,1  A:4,4
2,2  A:4,4
3,1  A:4,1
3,2  A:4,1
4,1  A:1,4
4,2  A:1,4
4,1  A:2,7
4,2  A:2,7
4,1  A:3,1
4,2  A:3,1
4,1  A:4,2
4,2  A:4,2
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer flush
信息: Starting flush of map output
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer sortAndSpill
信息: Finished spill 0
2014-1-15 11:57:31 org.apache.hadoop.mapred.Task done
信息: Task:attempt_local_0001_m_000000_0 is done. And is in the process of commiting
2014-1-15 11:57:32 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息:  map 0% reduce 0%
2014-1-15 11:57:34 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
2014-1-15 11:57:34 org.apache.hadoop.mapred.Task sendDone
信息: Task 'attempt_local_0001_m_000000_0' done.
2014-1-15 11:57:34 org.apache.hadoop.mapred.Task initialize
信息:  Using ResourceCalculatorPlugin : null
2014-1-15 11:57:34 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer >init<
信息: io.sort.mb = 100
2014-1-15 11:57:34 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer >init<
信息: data buffer = 79691776/99614720
2014-1-15 11:57:34 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer >init<
信息: record buffer = 262144/327680
1,1  B:1,5
2,1  B:1,5
3,1  B:1,5
4,1  B:1,5
2014-1-15 11:57:34 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer flush
信息: Starting flush of map output
1,2  B:2,2
2,2  B:2,2
3,2  B:2,2
4,2  B:2,2
1,1  B:4,3
2,1  B:4,3
3,1  B:4,3
4,1  B:4,3
1,2  B:4,1
2,2  B:4,1
3,2  B:4,1
4,2  B:4,1
2014-1-15 11:57:34 org.apache.hadoop.mapred.MapTask$MapOutputBuffer sortAndSpill
信息: Finished spill 0
2014-1-15 11:57:34 org.apache.hadoop.mapred.Task done
信息: Task:attempt_local_0001_m_000001_0 is done. And is in the process of commiting
2014-1-15 11:57:35 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息:  map 100% reduce 0%
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.Task sendDone
信息: Task 'attempt_local_0001_m_000001_0' done.
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.Task initialize
信息:  Using ResourceCalculatorPlugin : null
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.Merger$MergeQueue merge
信息: Merging 2 sorted segments
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.Merger$MergeQueue merge
信息: Down to the last merge-pass, with 2 segments left of total size: 436 bytes
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
1,1:(B:1,5)(B:4,3)(A:1,1)(A:4,3)
1,2:(A:1,1)(A:4,3)(B:2,2)(B:4,1)
2,1:(B:1,5)(B:4,3)(A:1,2)(A:2,5)(A:4,4)
2,2:(A:1,2)(A:2,5)(A:4,4)(B:4,1)(B:2,2)
3,1:(B:1,5)(B:4,3)(A:4,1)
3,2:(A:4,1)(B:2,2)(B:4,1)
4,1:(B:4,3)(B:1,5)(A:1,4)(A:2,7)(A:3,1)(A:4,2)
4,2:(A:1,4)(A:2,7)(A:3,1)(A:4,2)(B:2,2)(B:4,1)
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.Task done
信息: Task:attempt_local_0001_r_000000_0 is done. And is in the process of commiting
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: 
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapred.Task commit
信息: Task attempt_local_0001_r_000000_0 is allowed to commit now
2014-1-15 11:57:37 org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputCommitter commitTask
信息: Saved output of task 'attempt_local_0001_r_000000_0' to hdfs://192.168.1.210:9000/user/hdfs/matrix/output
2014-1-15 11:57:40 org.apache.hadoop.mapred.LocalJobRunner$Job statusUpdate
信息: reduce < reduce
2014-1-15 11:57:40 org.apache.hadoop.mapred.Task sendDone
信息: Task 'attempt_local_0001_r_000000_0' done.
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息:  map 100% reduce 100%
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.JobClient monitorAndPrintJob
信息: Job complete: job_local_0001
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息: Counters: 19
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:   File Output Format Counters 
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Bytes Written=53
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:   FileSystemCounters
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     FILE_BYTES_READ=2503
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     HDFS_BYTES_READ=266
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     FILE_BYTES_WRITTEN=126274
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     HDFS_BYTES_WRITTEN=347
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:   File Input Format Counters 
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Bytes Read=98
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:   Map-Reduce Framework
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Map output materialized bytes=444
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Map input records=14
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Reduce shuffle bytes=0
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Spilled Records=72
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Map output bytes=360
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Total committed heap usage (bytes)=764215296
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     SPLIT_RAW_BYTES=220
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Combine input records=0
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Reduce input records=36
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Reduce input groups=8
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Combine output records=0
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Reduce output records=8
2014-1-15 11:57:41 org.apache.hadoop.mapred.Counters log
信息:     Map output records=36

程序源代码，已上传到github:
https://github.com/bsspirit/maven_hadoop_template/tree/master/src/main/java/org/conan/myhadoop/matrix

这样就用MapReduce的程序，实现了矩阵的乘法！有了矩阵计算的基础，接下来，我们就可以做更多的事情了！

参考文章：MapReduce实现大矩阵乘法

转载请注明出处：
http://blog.fens.me/hadoop-mapreduce-matrix/

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rujingyu

谢谢老师的总结与分享~

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[…] 用MapReduce实现矩阵乘法 […]

0
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bian

MartrixMultiply.java中map函数中的第一个for循环我觉着应该是i<=colNum吧

0
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walt you

我也有同感，对m2的第一个for循环参数好像也是要改。

0
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zhangyb

张老师，这个矩阵相乘是有问题的吧！如果是多个Map rowIndexA这个变量的值肯定会出现问题啊！从而整个程序都问题啊！

0
Reply
Conan Zhang

你好，我不太明白，你所说的问题。能不能具体写一下，代码+说明。

0
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zhangyb

就拿a1矩阵来说，对矩阵编得key中，第一列说白了就是每条记录的行号，假设现在矩阵很大，hadoop会对a1数据进行分片，现在map函数中 rowIndexA表示行号，分片会有多个map，这样每个map中rowIndexA每次都是从1开始，这样就会有问题啊！
split1 的
key
1，1
1，1
1，1
1，2
。。。
对split2 也是这样的key
1，1
1，1
1，1
1，2
。。。
这样就有问题！不知道是不是我理解错了！请老师指导

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Conan Zhang

你说的问题，是不是如果矩阵超过64M会被分片到，多个位置存储，因此计算会出现问题？

这个问题有合理的解决办法，不过不在这篇文章。

核心要点在于：矩阵存储时，要以矩阵列做为文件的行进行存储，计算的时候，多一步行转列的操作。

具体的实现，请参考文章：

PageRank算法并行实现
http://blog.fens.me/algorithm-pagerank-mapreduce/

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zhangyb

好的，我看看这篇文章。也就是上面的这个矩阵相乘只适用于只有一个分片，也就是只有一个map的情况，但是这样的话用hadoop其实没多大意义啊！上面的例子只能是一个demo了，实际项目中并不能真正使用了

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Conan Zhang

每篇文章只是解决一个问题，不可能3000字就搞定整个环境。
生产环境具体怎么用，要是要看使用者本身的能力，和文章没什么关系。

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wangn

标题是MapReduce，程序却不能保证集群的正确性。好吧，这个……

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tinybug

稀疏矩阵乘法不会出现这种问题的吧，就是reduce任务少了点吧。。

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trackback

[…] 做为优化的方案，我们需要对Step4的过程，实现MapReduce的矩阵乘法，矩阵算法原理请参考文章：用MapReduce实现矩阵乘法 […]

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zhanghua

张老师， private int rowIndexA = 1; // 矩阵A，当前在第几行
private int rowIndexB = 1; // 矩阵B，当前在第几行
这两个地方为什么不用LongWritable key即行号去代替这两个变量呢，如果用文件的行号代替，是不是就可以解决zhangyb 说的多分片问题。望老师指点。

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Conan Zhang

1. 用行号也可以，只是我不习惯。
2. 分片问题，跟是否用行号没有关系。要从数学上找到公式。

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kazaff

在下愚昧，没有搞懂为啥m1矩阵map后的结构会是那样的~~望赐教

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kazaff

哦，貌似懂了：第一行乘第一列中A矩阵的第一位（1,1 A:1）,没错吧~？

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Conan Zhang

是的

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kazaff

谢谢博主的开源精神~

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Armon Huang

不好意思，我也没看懂，可以给我讲解下吗？
1,1 A:1,1是什么意思？
1,2 A:1,1是什么意思？
万分感谢！！

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Conan Zhang

把程序跑一遍吧！

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SYSU_SOFTWARESCHOOL

MatrixMapper应该修改成这样：
if (flag.equals(“m1”)) {
for (int i = 1; i <= colNum; i++) {
Text k = new Text(rowIndexA + "," + i);
for (int j = 1; j <= tokens.length; j++) {
Text v = new Text("A:" + j + "," + tokens[j – 1]);
context.write(k, v);
System.out.println(k.toString() + " " + v.toString());
}

}
rowIndexA++;

} else if (flag.equals("m2")) {
for (int i = 1; i <= rowNum; i++) { for (int j = 1; j <= tokens.length; j++) {
Text k = new Text(j + "," + i);
Text v = new Text("B:" + rowIndexB + "," + tokens[j – 1]);
context.write(k, v);
System.out.println(k.toString() + " " + v.toString());
}
}

rowIndexB++;
}
谨记colNum是为左矩阵A服务，rowNum是为右矩阵B服务，便不会出错

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Conan Zhang

学会了矩阵乘法，用MR可以玩的东西就多了！嘿嘿。

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伟 戴

老师,这个只是针对小矩阵的情况的吧,对于大矩阵的乘法运算,是不是可以先对矩阵进行预处理,改成我所要的格式,就行了

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Conan Zhang

对于超大矩阵，还需要再进行优化。具体的实现，请参考文章：

PageRank算法并行实现
http://blog.fens.me/algorithm-pagerank-mapreduce/

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fat32jin

第1个map 里面的 for (int i = 1; i <= rowNum; i++) { 是不是有问题呀

i <= rowNum 应该是 colnum 吧？ 因为从图看出 map 的 输出key
实际就是 最终矩阵的 元素位置， 按照矩阵 A （n行 X m列 ） 乘以 B （m 行 k列 ）
的法则 ，最后得到 n行k列 形状那么第一个Map 里面的 外循环 实际就是 为 第2个矩阵的 列 数准备的

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Vincent

第一个map里面两个for循环都是有问题的

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ayou

张丹老师，既然hadoop可以用来做矩阵运算，那么hadoop就应该可以做图像处理咯？请问您有没有做过这方面的研究呢？

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Conan Zhang

不好意思，我没做过图像处理。

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ayou

哈哈，没事。我是您hadoop应用开发实例的学生，我想请问下在您提供的KPIPV的代码中，您把hashset作为reduce的类成员是不是每次调用reduce之前是不是都得把haseset给置空啊，要不haseset每次都会保留前面记录的值。

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Conan Zhang

那是个的例子，具体的环境要自己适当修改。

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qiankun

张老师，请问第二个稀疏矩阵的代码，你是用单节点跑的么，内存是多大呢？我用3台虚拟机来跑，在map:%62,reduce:%16的地方不动了，也没有任何错误信息，请问这种情况可能是内存不够的原因吗，3台虚拟机的内存都只有512

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Conan Zhang

1. 我是2G内存, HADOOP 1.x 每个节点至少2G内存。
2. 没有任何错误信息，很难判断是什么原因，内存不够也会有提示的。

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