HDF
层级数据格式(Hierarchical Data Format:HDF)是设计用来存储和组织大量数据的一组文件格式(HDF4,HDF5)。它最初开发于美国国家超级计算应用中心,现在由非营利社团HDF Group支持,其任务是确保HDF5技术的持续开发和存储在HDF中数据的持续可访问性。
![]() HDF Group的logo | |
.hdf , .h4 , .hdf4 , .he2 , .h5 , .hdf5 , .he5 | |
特征签名 | \211HDF\r\n\032\n |
开发者 | The HDF Group |
最新版本 | |
格式类型 | 科学数据格式 |
自由格式 | 是 |
网站 | ![]() |
伴随着这个目标,HDF库和相关工具可在自由的类BSD许可证下获得用于一般使用。HDF被很多商业和非商业软件平台所支持,包括Java、MATLAB、Scilab、Octave、Mathematica、IDL、Python, R, Fortran和Julia。可免费获得的HDF发行中包括了库,命令行实用程序,测试套件源代码,Java接口,和基于Java的HDF查看器(HDFView)[2]。
当前版本是HDF5,在设计和API上与主要的遗留版本HDF4有显著区别。
历史
在1987年由美国国家超级计算应用中心(NCSA)的图形基础任务攻坚组(GFTF)着手建立一种架构无关的软件库和文件格式,致力于满足在NCSA当时使用的多种不同计算平台之间移动科学数据的需要。额外的目标还包括有效的存储和访问大对象的能力,在一个容器内存储不同类型的众多对象的能力,增长格式来容纳新类型的对象和对象元数据的能力,用C和Fortran二者的程序访问存储数据的能力。最初称为AEHOO(全包容层级面向对象格式),新软件和文件格式最终叫做层级数据格式(HDF)。HDF的设计组合了来自很多不同格式的想法,包括TIFF、CGM、FITS和Macintosh PICT格式。这个计划在1990年和1992年收到了美国国家科学基金会(NSF)的至关重要的拨款。大约1990年代早期美国国家航空航天局(NASA)研究了用在地球观测系统(EOS)计划中的15种不同文件格式。在两年评述过程之后,HDF被选择为EOS数据和信息系统的标准格式。[3]
1996年美国能源部的劳伦斯利弗摩尔、洛斯阿拉莫斯和桑迪亚国家实验室与NCSA抽调人员成立了数据建模和格式(DMF)小组,研究满足高级模拟和计算规划(ASC)需要的并行I/O能力的文件格式。在NASA的额外支持下,三实验室与NCSA联合开发了第一版的HDF5并于1998年发行。在2003年,R&D杂志页面存档备份,存于[4]评选HDF5为“2002年一百个技术上最重要的新产品之一”。[3]
HDF4
HDF4是这个格式的较老版本,它支持可增殖的不同数据模型,包括了多维数组、光栅图像和表格。每种都定义了特定的聚集数据类型,并提供一个API用来读取、写入、组织数据和元数据。HDF开发者和用户可以增加新数据模型。
HDF是自描述的,允许应用程序解释文件的结构和内容而不需要外部信息。一个HDF文件可以持有混合的有关联的对象,它们可以作为一个群组或作为个别对象来访问。用户可以建立自己的叫做“vgroups”的群组结构。
HDF4格式有很多限制[5][6]。它缺乏清晰的对象模型,这导致持难于持续支持和改进。支持多种不同的接口风格(图像、表格、数组)导致了复杂的API。对元数据的支持依赖于使用的是哪个接口;SD(科学数据集)对象支持任意命名属性,而其他类型只支持预定义的元数据。可能最重要的是,使用32-bit位有符号整数寻址限制了HDF4文件大小极大为2GB,这在很多现代科学应用中是不可接受的。它仍被HDF Group活跃支持着,可见于其支持页面 页面存档备份,存于。
HDF5
![](../I/HDF-Structure-Example.gif)
HDF5格式被设计解决HDF4库的某些限制,并致力于满足现代系统和应用的当前和预期要求。
HDF5简化了文件结构,只包含两种主要的对象类型:
- 数据集,它是同质类型的多维数组;
- 群组,它是持有数据集和其他群组的容器结构。
这真正产生了层级的、类似文件系统的数据格式。事实上,在HDF5文件中的资源可以使用类似POSIX语法的“/路径/至/资源”来访问。元数据以用户定义形式存储,命名特性附加到群组和数据集之上。表示图形和表格的更复杂存储API,可以接着使用数据集、群组和特性来建造起来。
除了这些在文件格式上的进步,HDF5包括了改进的类型系统,和表示在数据集区域上选择的数据空间对象。API是面向对象的,有关于数据集、群组、特性、类型、数据空间和属性列表。
最新版的NetCDF版本4基于了HDF5。
由于它使用了B树来索引表格对象,HDF5有效工作于时间序列数据,比如股价序列,网络监控数据,和3D气象数据。大批量的数据直接进入数组(表格对象),它可以比SQL数据库的行存储更快访问,而非数组数据可获得B树访问。HDF5数据存储机制比SQL星模式更简单和快速。
接口
官方支持的API
第三方绑定
- CGNS使用HDF5作为主存储。
- Common Lisp库hdf5-cffi 页面存档备份,存于。
- D语言提供到C API的绑定 页面存档备份,存于,有着高层h5py风格的包装器正在开发。
- Dymola 页面存档备份,存于使用叫做科学数据格式(SDF)的实现支持HDF5导出,自从Dymola 2016 FD01发行。
- Erlang、Elixir和LFE语言可以使用BEAM语言绑定 页面存档备份,存于。
- GNU数据语言。
- Go语言,通过gonum 页面存档备份,存于的hdf5 页面存档备份,存于包。
- HDFql页面存档备份,存于使用户能用C、C++、Java、Python、C#、Fortran和R语言通过高层语言(类似SQL)管理HDF5文件。
- Huygens软件 页面存档备份,存于自从版本3.5使用HDF5作为主存储。
- IDL。
- IGOR Pro 页面存档备份,存于提供对HDF5文件的完全支持[8]。
- JHDF5库 页面存档备份,存于,是一个可替代的Java绑定,采用了与官方HDF5 Java绑定不同的方式,一些用户觉得更简单。
- jHDF库页面存档备份,存于[9],一个纯Java实现,提供了对HDF5文件的只读访问。
- JSON,通过hdf5-json页面存档备份,存于[10]。
- Julia语言通过HDF5 页面存档备份,存于包提供HDF5支持。
- LabVIEW可以通过第三方库获得HDF支持,比如h5labview 页面存档备份,存于和lvhdf5 页面存档备份,存于。
- Lua,通过lua-hdf5页面存档备份,存于[11]库。
- MATLAB、Scilab或Octave,在新近发行中使用HDF5作为主存储格式。
- Mathematica[12]提供HDF和HDF5数据的直接分析。
- Perl语言[13]。
- Python语言通过h5py 页面存档备份,存于(对HDF5抽象的高层和低层访问二者)和通过PyTables 页面存档备份,存于(带有高级索引和类似数据库查询能力的高层接口)支持HDF5。通过Python-HDF4 页面存档备份,存于和/或PyHDF 页面存档备份,存于对于Python 2和Python 3二者支持HDF4。流行的数据操纵包pandas可以通过PyTables导入和导出HDF5。
- R语言通过rhdf5页面存档备份,存于[14]和hdf5r页面存档备份,存于[15]包提供支持。
- Rust语言通过第三方库获得HDF支持,比如hdf5 页面存档备份,存于。
工具
- Apache Spark HDF5 Connector,用于Apache Spark的HDF5连接器
- Apache Drill HDF5 Plugin,用于Apache Drill的HDF5插件,允许在HDF5文件集上执行SQL查询
- HDF Product Designer 页面存档备份,存于,可互操作的HDF5数据产品建立GUI工具
- HDF Explorer页面存档备份,存于[16],可读取HDF、HDF5和netCDF的数据可视化程序
- HDFView 页面存档备份,存于,HDF文件的浏览器和编辑器
- ViTables 页面存档备份,存于,用Python写的HDF5和PyTables文件的浏览器和编辑器
参见
- 通用数据格式 (CDF)
- FITS,用于天文学的数据格式
- GRIB (GRIdded Binary),用于气象学的数据格式
- HDF Explorer
- NetCDF,Netcdf Java库使用纯Java读取HDF5、HDF4、HDF-EOS和其他格式
- Protocol Buffers,Google的数据交换格式
引用
- . [16 Sep 2020]. (原始内容存档于2020-12-01).
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- . [2019-06-05]. (原始内容存档于2009-03-30).
- . [2019-06-05]. (原始内容存档于2016-04-19).
- Rossant, Cyrille. . cyrille.rossant.net. [21 April 2016]. (原始内容存档于2016-01-08).
- Igor Pro includes extensive support for reading and writing HDF5 files through an included HDF5 package 页面存档备份,存于.
- . [2020-09-25]. (原始内容存档于2019-10-17).
- . [2020-09-25]. (原始内容存档于2019-10-17).
- . [2019-06-05]. (原始内容存档于2015-06-26).
- FHDF Import and Export 页面存档备份,存于Mathematica documentation
- . [2019-06-05]. (原始内容存档于2019-06-05).
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- . [2020-09-25]. (原始内容存档于2019-10-17).
- . [2019-06-05]. (原始内容存档于2009-03-26).