排序数据更快的方法

Question

我需要对bed文件随机排序10000 次，每次取前 1000 行。目前，我正在使用以下代码：

for i in {1..100}; do
    for j in {1..100}; do
        sort -R myfile.bed_sorted | tail -n 1000 > myfile.bed.$i.$j.bed
    done
done

为每个文件执行此操作需要将近 6 个小时。我有大约 150 个需要解决。有没有更快的解决方案？

我有一个数据样本（myfile.bed_sorted）：

    chr1    111763899   111766405   peak1424    1000    .   3224.030    -1  -1
    chr1    144533459   144534584   peak1537    998 .   3219.260    -1  -1
    chr8    42149384    42151246    peak30658   998 .   3217.620    -1  -1
    chr2    70369299    70370655    peak16886   996 .   3211.600    -1  -1
    chr8    11348914    11352994    peak30334   990 .   3194.180    -1  -1
    chr21   26828820    26830352    peak19503   988 .   3187.820    -1  -1
    chr16   68789901    68791150    peak11894   988 .   3187.360    -1  -1
    chr6    11458964    11462245    peak26362   983 .   3169.750    -1  -1
    chr1    235113793   235117308   peak2894    982 .   3166.000    -1  -1
    chr6    16419968    16422194    peak26522   979 .   3158.520    -1  -1
    chr6    315344  321339  peak26159   978 .   3156.320    -1  -1
    chr1    111756584   111759633   peak1421    964 .   3110.520    -1  -1
    chrX    12995098    12997685    peak33121   961 .   3100.000    -1  -1
    chr9    37408601    37410262    peak32066   961 .   3100.000    -1  -1
    chr9    132648603   132651523   peak32810   961 .   3100.000    -1  -1
    chr8    146103178   146104943   peak31706   961 .   3100.000    -1  -1
    chr8    135611963   135614649   peak31592   961 .   3100.000    -1  -1
    chr8    128312253   128315935   peak31469   961 .   3100.000    -1  -1
    chr8    128221486   128223644   peak31465   961 .   3100.000    -1  -1
    chr8    101510621   101514237   peak31185   961 .   3100.000    -1  -1
    chr8    101504210   101508005   peak31184   961 .   3100.000    -1  -1
    chr7    8173062 8174642 peak28743   961 .   3100.000    -1  -1
    chr7    5563424 5570618 peak28669   961 .   3100.000    -1  -1
    chr7    55600455    55603724    peak29192   961 .   3100.000    -1  -1
    chr7    35767878    35770820    peak28976   961 .   3100.000    -1  -1
    chr7    28518260    28519837    peak28923   961 .   3100.000    -1  -1
    chr7    104652502   104654747   peak29684   961 .   3100.000    -1  -1
    chr6    6586316 6590136 peak26279   961 .   3100.000    -1  -1
    chr6    52362185    52364270    peak27366   961 .   3100.000    -1  -1
    chr6    407805  413348  peak26180   961 .   3100.000    -1  -1
    chr6    32936987    32941352    peak26978   961 .   3100.000    -1  -1
    chr6    226477  229964  peak26144   961 .   3100.000    -1  -1
    chr6    157017923   157020836   peak28371   961 .   3100.000    -1  -1
    chr6    137422769   137425128   peak28064   961 .   3100.000    -1  -1
    chr5    149789084   149793727   peak25705   961 .   3100.000    -1  -1
    chr5    149778033   149783125   peak25702   961 .   3100.000    -1  -1
    chr5    149183766   149185906   peak25695   961 .   3100.000    -1  -1

Answer 1

假设您有足够的内存来处理文件，您可以尝试

perl -e 'use List::Util 'shuffle'; @k=shuffle(<>); print @k[0..999]' file.bed

由于您想这样做 10000 次，我建议将重复集成到脚本中并改组索引而不是数组本身以加快速度：

$ time perl -e 'use List::Util 'shuffle'; 
            @l=<>; for $i (1..10000){
               open(my $fh, ">","file.$i.bed"); 
               @r=shuffle(0..$#l); 
               print $fh @l[@r[0..999]]
            }' file.bed

real    1m12.444s
user    1m8.536s
sys     0m3.244s

上面从一个包含 37000 行的文件中创建了 10000 个 1000 行的文件（您的示例文件重复了 1000 次）。如您所见，在我的系统上花费了三分钟多一点的时间。

解释

• use List::Util 'shuffle';：这会导入一个 Perl 模块，该模块提供shuffle()随机化数组的功能。
• @l=<>;: 将输入文件 ( <>)加载到数组中@l。
• for $i (1..10000){} : 运行 10000 次。
• @r=shuffle(0..$#l); :$#l是元素的数量@lso@r现在是数组索引号的随机列表@l（输入文件的行）。
• open(my $fh, ">","file.$i.bed"); : 打开一个file.$i.bed需要写入的文件。$i将采用从 1 到 10000 的值。
• print $fh @l[@r[0..999]]: 取混洗数组中的前 1000 个索引并打印相应的行（元素@l）。

另一种方法是使用shuf（感谢@frostschutz）：

$ time for i in {1..10000}; do shuf -n 1000 file.bed > file.$i.abed; done

real    1m9.743s
user    0m23.732s
sys     0m31.764s

Answer 2

如果您想要一个基准测试来看看它可以完成多快，请将其复制粘贴到10kshuffle.cpp并编译g++ 10kshuffle.cpp -o 10kshuffle. 然后你可以运行它：

10kshuffle filename < inputfile

filename用于输出文件的基本路径在哪里；它们将被命名为filename.0、filename.1等，并且每个都包含 shuffle 的前 1000 行。它会写下每个文件的名称。

#include <cerrno>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <fcntl.h>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <unistd.h>
#include <vector>

using namespace std;

unsigned int randomSeed () {
    int in = open("/dev/urandom", O_RDONLY);
    if (!in) {
        cerr << strerror(errno);
        exit(1);
    }
    unsigned int x;
    read(in, &x, sizeof(x));
    close(in);
    return x;
}

int main (int argc, const char *argv[]) {
    char basepath[1024];
    strcpy(basepath,argv[1]);
    char *pathend = &basepath[strlen(basepath)];
// Read in.
    vector<char*> data;
    data.reserve(1<<16);
    while (!cin.eof()) {
        char *buf = new char[1024];
        cin.getline(buf,1023);
        data.push_back(buf);
    }

    srand(randomSeed());
    for (int n = 0; n < 10000; n++) {
        vector<char*> copy(data);
    // Fisher-Yates shuffle.
        int last = copy.size() - 1;
        for (int i = last; i > 0; i--) {
            int r = rand() % i;
            if (r == i) continue;
            char *t = copy[i];
            copy[i] = copy[r];
            copy[r] = t;
        }
    // Write out.
        sprintf(pathend, ".%d", n);
        ofstream file(basepath);
        for (int j = 0; j < 1000; j++) file << copy[j] << endl;
        cout << basepath << endl;
        file.close();
    }

    return 0;
}  

在单个 3.5 Ghz 内核上，运行时间约为 20 秒：

   time ./10kshuffle tmp/test < data.txt
   tmp/test.0
   [...]
   tmp/test.9999
   real 19.95, user 9.46, sys 9.86, RSS 39408

data.txt从问题中复制了 37000 行。如果您希望输出文件中的整个 shuffle 而不是前 1000 行，请将第 54 行更改为：

for (int j = 0; j < copy.size(); j++) file << copy[j] << endl;