Daten in BigQuery mit JupyterLab untersuchen und visualisieren

Daten in BigQuery mit JupyterLab untersuchen und visualisieren

Auf dieser Seite wird anhand von Beispielen gezeigt, wie Sie Daten in BigQuery über die JupyterLab-Oberfläche Ihrer Vertex AI Workbench-Instanz untersuchen und visualisieren.

Hinweis

Falls noch nicht geschehen, erstellen Sie eine Vertex AI Workbench-Instanz.

Erforderliche Rollen

Damit das Dienstkonto Ihrer Instanz die erforderlichen Berechtigungen zum Abfragen von Daten in BigQuery hat, bitten Sie Ihren Administrator, dem Dienstkonto Ihrer Instanz die IAM-Rolle „Service Usage-Nutzer“ (roles/serviceusage.serviceUsageConsumer) für das Projekt zu gewähren. Weitere Informationen zum Zuweisen von Rollen finden Sie unter Zugriff verwalten.

Ihr Administrator kann dem Dienstkonto Ihrer Instanz möglicherweise auch die erforderlichen Berechtigungen über benutzerdefinierte Rollen oder andere vordefinierte Rollen erteilen.

JupyterLab öffnen

1. Rufen Sie in der Google Cloud Console die Seite Instanzen auf.

   Zur Seite „VM-Instanzen“

2. Klicken Sie neben dem Namen der Vertex AI Workbench-Instanz auf JupyterLab öffnen.

   Ihre Vertex AI Workbench-Instanz öffnet JupyterLab.

Daten aus BigQuery lesen

In den nächsten beiden Abschnitten lesen Sie Daten aus BigQuery, die Sie später zur Visualisierung verwenden werden. Diese Schritte sind identisch mit denen in Daten in BigQuery in JupyterLab abfragen. Wenn Sie sie also bereits abgeschlossen haben, können Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren: Zusammenfassung der Daten in einer BigQuery-Tabelle abrufen.

Daten mit dem magischen %%bigquery-Befehl abfragen

In diesem Abschnitt schreiben Sie SQL direkt in Notebook-Zellen und schreiben Daten aus BigQuery in das Python-Notebook.

Mit magischen Befehlen, die ein einzelnes oder doppeltes Prozentzeichen (% oder %%) verwenden, nutzen Sie eine minimale Syntax zur Interaktion mit BigQuery im Notebook. Die BigQuery-Clientbibliothek für Python wird automatisch in einer Vertex AI Workbench-Instanz installiert. Im Hintergrund verwendet der magische Befehl %%bigquery die BigQuery-Clientbibliothek für Python, um die angegebene Abfrage auszuführen. Die Ergebnisse werden in ein Pandas-DataFrame umgewandelt und optional in einer Variablen gespeichert. Anschließend werden die Ergebnisse angezeigt.

Hinweis: Ab Version 1.26.0 des Python-Pakets google-cloud-bigquery wird die BigQuery Storage API standardmäßig verwendet, um Ergebnisse aus den magischen %%bigquery-Befehlen herunterzuladen.

1. Wählen Sie zum Öffnen einer Notebook-Datei Datei > Neu > Notebook aus.

2. Wählen Sie im Dialogfeld Kernel auswählen die Option Python 3 aus und klicken Sie dann auf Auswählen.

   Ihre neue IPYNB-Datei wird geöffnet.

3. Geben Sie folgende Anweisung ein, um die Anzahl der Regionen nach Land im Dataset international_top_terms abzurufen:

   %%bigquery
   SELECT
     country_code,
     country_name,
     COUNT(DISTINCT region_code) AS num_regions
   FROM
     `bigquery-public-data.google_trends.international_top_terms`
   WHERE
     refresh_date = DATE_SUB(CURRENT_DATE, INTERVAL 1 DAY)
   GROUP BY
     country_code,
     country_name
   ORDER BY
     num_regions DESC;
   

4. Klicken Sie auf  Zelle ausführen.

   Die Ausgabe sieht etwa so aus:

   Query complete after 0.07s: 100%|██████████| 4/4 [00:00<00:00, 1440.60query/s]
   Downloading: 100%|██████████| 41/41 [00:02><00:00, 20.21rows/s]
   ... country_code country_name num_regions 0 TR Turkey 81 1 TH Thailand 77 2 VN Vietnam 63 3 JP Japan 47 4 RO Romania 42 5 NG Nigeria 37 6 IN India 36 7 ID Indonesia 34 8 CO Colombia 33 9 MX Mexico 32 10 BR Brazil 27 11 EG Egypt 27 12 UA Ukraine 27 13 CH Switzerland 26 14 AR Argentina 24 15 FR France 22 16 SE Sweden 21 17 HU Hungary 20 18 IT Italy 20 19 PT Portugal 20 20 NO Norway 19 21 FI Finland 18 22 NZ New Zealand 17 23 PH Philippines 17>

   Hinweis: Ihre Ergebnisse können von den obigen Ergebnissen abweichen, da das abgefragte google_trends-Dataset kontinuierlich mit neuen Daten aktualisiert wird.

5. Geben Sie in die nächste Zelle (unter der Ausgabe der vorherigen Zelle) den folgenden Befehl ein, um dieselbe Abfrage auszuführen. Dieses Mal speichern Sie die Ergebnisse jedoch in einem neuen Pandas-DataFrame namens regions_by_country. Sie geben diesen Namen über ein Argument mit dem magischen Befehl %%bigquery an.

   %%bigquery regions_by_country
   SELECT
     country_code,
     country_name,
     COUNT(DISTINCT region_code) AS num_regions
   FROM
     `bigquery-public-data.google_trends.international_top_terms`
   WHERE
     refresh_date = DATE_SUB(CURRENT_DATE, INTERVAL 1 DAY)
   GROUP BY
     country_code, country_name
   ORDER BY
     num_regions DESC;
   

   Hinweis: Weitere Informationen zu verfügbaren Argumenten für den %%bigquery-Befehl finden Sie in der Clientbibliothek-Dokumentation der magischen Befehle.

6. Klicken Sie auf  Zelle ausführen.

7. Geben Sie in die nächste Zelle folgenden Befehl ein, um die ersten Zeilen der Abfrageergebnisse aufzurufen, die Sie gerade eingelesen haben:

   regions_by_country.head()
   

8. Klicken Sie auf  Zelle ausführen.

   Der Pandas-DataFrame regions_by_country kann jetzt dargestellt werden.

Daten direkt mit der BigQuery-Clientbibliothek abfragen

In diesem Abschnitt verwenden Sie die BigQuery-Clientbibliothek für Python, um Daten direkt in das Python-Notebook zu lesen.

Mit der Clientbibliothek haben Sie mehr Kontrolle über Ihre Abfragen und können komplexere Konfigurationen für Abfragen und Jobs nutzen. Durch die Einbindung der Bibliothek in Pandas können Sie deklarativen SQL-Dialekt mit imperativem Code (Python) kombinieren, um die Daten zu analysieren, zu visualisieren und zu transformieren.

Hinweis: Sie können verschiedene Python-Bibliotheken für Datenanalyse, Data Wrangling und Visualisierung verwenden, z. B. numpy, pandas, matplotlib viele weitere. Mehrerer dieser Bibliotheken basieren auf einem DataFrame-Objekt.

1. Geben Sie in die nächste Zelle folgenden Python-Code ein, um die BigQuery-Clientbibliothek für Python zu importieren und einen Client zu initialisieren:

   from google.cloud import bigquery
   
   client = bigquery.Client()
   

   Der BigQuery-Client wird zum Senden und Empfangen von Nachrichten von der BigQuery API verwendet.

2. Klicken Sie auf  Zelle ausführen.

3. Geben Sie in die nächste Zelle folgenden Code ein, um den Prozentsatz der täglichen Top-Suchbegriffe in den US-top_terms abzurufen, die sich im Laufe der Zeit überschneiden; dabei wird deren Abstand nach Tagen berücksichtigt. Der Grundgedanke ist dabei, dass Sie sich die Top-Begriffe des jeweiligen Tages ansehen und herausfinden, welcher Prozentsatz dieser Begriffe mit den Top-Begriffen vom Vortag, von zwei Tagen zuvor, drei Tagen zuvor usw. überlappen. Es werden Paare von Datumsangaben über einen Zeitraum von einem Monat berücksichtigt.

   sql = """
   WITH
     TopTermsByDate AS (
       SELECT DISTINCT refresh_date AS date, term
       FROM `bigquery-public-data.google_trends.top_terms`
     ),
     DistinctDates AS (
       SELECT DISTINCT date
       FROM TopTermsByDate
     )
   SELECT
     DATE_DIFF(Dates2.date, Date1Terms.date, DAY)
       AS days_apart,
     COUNT(DISTINCT (Dates2.date || Date1Terms.date))
       AS num_date_pairs,
     COUNT(Date1Terms.term) AS num_date1_terms,
     SUM(IF(Date2Terms.term IS NOT NULL, 1, 0))
       AS overlap_terms,
     SAFE_DIVIDE(
       SUM(IF(Date2Terms.term IS NOT NULL, 1, 0)),
       COUNT(Date1Terms.term)
       ) AS pct_overlap_terms
   FROM
     TopTermsByDate AS Date1Terms
   CROSS JOIN
     DistinctDates AS Dates2
   LEFT JOIN
     TopTermsByDate AS Date2Terms
     ON
       Dates2.date = Date2Terms.date
       AND Date1Terms.term = Date2Terms.term
   WHERE
     Date1Terms.date <= Dates2.date
   GROUP BY
     days_apart
   
   ORDER BY
     days_apart;
   """
   pct_overlap_terms_by_days_apart = client.query(sql).to_dataframe()
   
   pct_overlap_terms_by_days_apart.head()
   

   Das verwendete SQL-Objekt ist in einem Python-String gekapselt und wird dann zur Ausführung einer Abfrage an die query()-Methode übergeben. Die to_dataframe-Methode wartet, bis die Abfrage abgeschlossen ist, und lädt die Ergebnisse mit der BigQuery Storage API in einen Pandas-DataFrame.

4. Klicken Sie auf  Zelle ausführen.

   Die ersten Zeilen der Abfrageergebnisse werden unterhalb der Codezelle angezeigt.

      days_apart   num_date_pairs  num_date1_terms overlap_terms   pct_overlap_terms
    0          0             32               800            800            1.000000
    1          1             31               775            203            0.261935
    2          2             30               750             73            0.097333
    3          3             29               725             31            0.042759
    4          4             28               700             23            0.032857
   

   Hinweis: Ihre Ergebnisse können von den obigen Ergebnissen abweichen, da das abgefragte google_trends-Dataset kontinuierlich mit neuen Daten aktualisiert wird.

Weitere Informationen zur Verwendung von BigQuery-Clientbibliotheken finden Sie in der Kurzanleitung Clientbibliotheken verwenden.

Zusammenfassung der Daten in einer BigQuery-Tabelle abrufen

In diesem Abschnitt verwenden Sie eine Notebook-Verknüpfung, um zusammenfassende Statistiken und Visualisierungen für alle Felder einer BigQuery-Tabelle abzurufen. Dies ist eine schnelle Möglichkeit, Profile für Ihre Daten zu erstellen, bevor Sie sich mit ihnen vertraut machen.

Die BigQuery-Clientbibliothek stellt den magischen Befehl %bigquery_stats bereit, den Sie mit einem bestimmten Tabellennamen aufrufen können, um eine Übersicht über die Tabelle und detaillierte Statistiken für alle Spalten der Tabelle bereitzustellen.

1. Geben Sie in die nächste Zelle folgenden Code ein, um diese Analyse in der Tabelle top_terms für die USA auszuführen:

   %bigquery_stats bigquery-public-data.google_trends.top_terms
   

2. Klicken Sie auf  Zelle ausführen.

   Nach einiger Zeit wird ein Bild mit verschiedenen Statistiken zu jeder der sieben Variablen in der Tabelle top_terms angezeigt. Die folgende Abbildung zeigt einen Teil einer Beispielausgabe:

   

Hinweis: Ihre Ergebnisse können von den oben gezeigten Ergebnissen abweichen, da das abgefragte google_trends-Dataset kontinuierlich mit neuen Daten aktualisiert wird.

BigQuery-Daten visualisieren

In diesem Abschnitt verwenden Sie Darstellungsfunktionen, um die Ergebnisse der Abfragen zu visualisieren, die Sie zuvor in Ihrem Jupyter-Notebook ausgeführt haben.

1. Geben Sie in die nächste Zelle folgenden Code ein, um mit der Pandas-Methode DataFrame.plot() ein Balkendiagramm zu erstellen, das die Ergebnisse der Abfrage visualisiert, die die Anzahl der Regionen nach Land zurückgibt:

   regions_by_country.plot(kind="bar", x="country_name", y="num_regions", figsize=(15, 10))
   

2. Klicken Sie auf  Zelle ausführen.

   Das Diagramm sieht etwa so aus:

   

3. Geben Sie in die nächste Zelle folgenden Code ein, um mit der Pandas-Methode DataFrame.plot() ein Streudiagramm zu erstellen, mit dem die Ergebnisse der Abfrage für den Prozentsatz der Überschneidung der wichtigsten Begriffe visualisiert werden, wobei der Abstand nach Tagen berücksichtigt wird:

   pct_overlap_terms_by_days_apart.plot(
     kind="scatter",
     x="days_apart",
     y="pct_overlap_terms",
     s=len(pct_overlap_terms_by_days_apart["num_date_pairs"]) * 20,
     figsize=(15, 10)
     )
   

4. Klicken Sie auf  Zelle ausführen.

   Das Diagramm sieht etwa so aus: Die Größe jedes Punkts gibt die Anzahl der Datumspaare an, die um jeweils eine bestimmt Anzahl an Tage auseinander liegen. Es gibt beispielsweise mehr Paare, die 1 Tag als 30 Tage auseinander liegen, da die häufigsten Suchbegriffe täglich über etwa einen Monat angezeigt werden.

   

Weitere Informationen zur Datenvisualisierung finden Sie in der Pandas-Dokumentation.

Nächste Schritte

Wenn Sie ein Beispiel für die Untersuchung und Visualisierung von BigQuery-Daten als Teil eines umfassenden Workflows in Vertex AI Workbench aufrufen möchten, führen Sie das Jupyter-Notebook „interaktive explorative Analyse von BigQuery-Daten in einem Notebook“ in einer der folgenden Umgebungen aus:

In Colab öffnen | In Colab Enterprise öffnen | In nutzerverwalteten Vertex AI Workbench-Notebooks öffnen | Auf GitHub ansehen