HDF
.svg){kind=logo} HDF Group的logo | |
| 副檔名 | .hdf, .h4, .hdf4, .he2, .h5, .hdf5, .he5 |
|---|---|
| 網路媒體型式 | application/x-hdf、application/x-hdf5 |
| 開發者 | The HDF Group |
| 格式類型 | 科學數據格式 |
| 免費格式？ | 是 |
| 網站 | www |
層級數據格式（Hierarchical Data Format：HDF）是設計用來儲存和組織大量數據的一組檔案格式（HDF4，HDF5）。它最初開發於美國國家超級計算應用中心，現在由非營利社團HDF Group支援，其任務是確保HDF5技術的持續開發和儲存在HDF中數據的持續可訪問性。
伴隨着這個目標，HDF庫和相關工具可在自由的類BSD許可證下獲得用於一般使用。HDF被很多商業和非商業軟件平台所支援，包括Java、MATLAB、Scilab、Octave、Mathematica、IDL、Python、R、Fortran和Julia。可免費獲得的HDF發行中包括了庫，命令列實用程式，測試套件原始碼，Java介面，和基於Java的HDF檢視器（HDFView）[1]。
目前版本是HDF5，在設計和API上與主要的遺留版本HDF4有顯著區別。
歷史
[編輯]在1987年由美國國家超級計算應用中心（NCSA）的圖形基礎任務攻堅組（GFTF），着手建立一種架構無關的軟件庫和檔案格式，致力於滿足NCSA在當時使用的多種不同計算平台之間，移送科學數據的需要。額外的目標還包括：有效的儲存和訪問大對象的能力，在一個容器主記憶體儲不同類型的眾多對象的能力，增長格式來容納新類型的對象和對象元數據的能力，用C和Fortran二者的程式訪問儲存數據的能力。最初稱為AEHOO（全包容層級物件導向格式），新軟件和檔案格式，最終叫做層級數據格式（HDF）。HDF的設計組合了來自很多不同格式的想法，包括TIFF、CGM、FITS和Macintosh PICT格式。這個計劃在1990年和1992年，收到了美國國家科學基金會（NSF）的至關重要的撥款。大約1990年代早期美國太空總署（NASA），研究了用在地球觀測系統（EOS）計劃中的15種不同檔案格式。[2]在兩年評述過程之後，HDF被選擇為EOS數據和資訊系統的標準格式[3]。
1996年美國能源部的勞倫斯利弗摩爾、洛斯阿拉莫斯和桑迪亞國家實驗室與NCSA，抽調人員成立了數據建模和格式（DMF）小組，研究滿足進階模擬和計算規劃（ASC）需要的並列I/O能力的檔案格式。在NASA的額外支援下，三實驗室與NCSA，聯合開發了第一版的HDF5並於1998年發行。[2]在2007年NASA地球觀測系統推薦使用HDF-EOS5[4]。
HDF4
[編輯]HDF4是這個格式的較老版本，它支援可增殖的不同數據模型，包括了多維陣列、光柵圖像和表格。每種都定義了特定的聚集資料類型，並提供一個API用來讀取、寫入、組織數據和元數據。HDF開發者和用戶可以增加新數據模型。
HDF是自描述的，允許應用程式解釋檔案的結構和內容而不需要外部資訊。一個HDF檔案可以持有混合的有關聯的對象，它們可以作為一個群組或作為個別對象來訪問。用戶可以建立自己的叫做「vgroups」的群組結構。
HDF4格式有很多限制[5][6]。它缺乏清晰的對象模型，這導致持難於持續支援和改進。支援多種不同的介面風格（圖像、表格、陣列）導致了複雜的API。對元數據的支援依賴於使用的是哪個介面；SD（科學數據集）對象支援任意命名屬性，而其他類型只支援預定義的元數據。可能最重要的問題，是使用32-bit位有符號整數定址，限制了HDF4檔案大小極大為2GB，這在很多現代科學應用中是不可接受的。它仍被HDF Group活躍支援着，可見於其支援頁面[7]。
HDF5
[編輯]
HDF5格式被設計解決HDF4庫的某些限制，並致力於滿足現代系統和應用的當前和預期要求。
HDF5簡化了檔案結構，只包含兩種主要的對象類型：
- 數據集，它是同質類型的多維陣列；
- 群組，它是持有數據集和其他群組的容器結構。
這真正產生了層級的、類似檔案系統的數據格式。事實上，在HDF5檔案中的資源可以使用類似POSIX語法的「/路徑/至/資源」來訪問。元數據以用戶定義形式儲存，命名特性附加到群組和數據集之上。表示圖形和表格的更複雜儲存API，可以接着使用數據集、群組和特性來建造起來。
除了這些在檔案格式上的進步，HDF5包括了改進的型別系統，和表示在數據集區域上選擇的數據空間對象。API是物件導向的，有關於數據集、群組、特性、類型、數據空間和屬性列表。
最新版的NetCDF版本4基於了HDF5。
由於它使用了B樹來索引表格對象，HDF5有效工作於時間序列數據，比如股價序列，網絡監控數據，和3D氣象數據。大批次的數據直接進入陣列（表格對象），它可以比SQL資料庫的行儲存更快訪問，而非陣列的數據可獲得B樹訪問。HDF5數據儲存機制比SQL星模式更簡單和快速。
批評
[編輯]對HDF5的批評來源於它的單體設計和冗長規定。
介面
[編輯]官方支援的API
[編輯]第三方繫結
[編輯]- CGNS，使用HDF5作為主記憶體儲。
- Common Lisp，通過hdf5-cffi庫訪問[9]。
- D語言，提供到C API的繫結[10]，有着高層h5py風格的包裝器正在開發。
- Dymola[11]，使用叫做科學數據格式（SDF）的實現支援HDF5匯出，自從Dymola 2016 FD01發行。
- Erlang、Elixir和LFE語言，可以使用BEAM語言繫結[12]。
- GNU數據語言，支援訪問HDF5和HDF4。
- Go語言，通過gonum[13]的hdf5包[14]。
- HDFql[15]，使用戶能用C、C++、Java、Python、C#、Fortran和R語言通過高層語言（類似SQL）管理HDF5檔案。
- Huygens軟件[16]，自從版本3.5使用HDF5作為主記憶體儲。
- IDL，提供訪問HDF5的API。
- IGOR Pro[17]，提供對HDF5檔案的完全支援[18]。
- JHDF5庫[19]，是一個可替代的Java繫結，採用了與官方HDF5 Java繫結不同的方式，一些用戶覺得更簡單。
- jHDF庫[20]，一個純Java實現，提供了對HDF5檔案的唯讀訪問。
- JSON，通過hdf5-json[21]。
- Julia語言，通過HDF5包[22]提供HDF5支援。
- LabVIEW，可以通過第三方庫獲得HDF支援，比如h5labview[23]和lvhdf5[24]。
- Lua，通過lua-hdf5[25]庫。
- MATLAB、Scilab或Octave，在新近發行中使用HDF5作為主記憶體儲格式。
- Mathematica HDF匯入和匯出[26]，提供HDF和HDF5數據的直接分析。
- Perl語言，通過PDL::IO::HDF5訪問[27]。
- Python語言，對於HDF5，可通過支援抽象高層訪問和低層訪問二者的h5py[28]，或通過具有進階索引和類似資料庫查詢能力的高層介面的PyTables[29]。對於HDF4，可通過Python-HDF4[30]和/或PyHDF[31]。流行的數據操縱包pandas可以通過PyTables匯入和匯出HDF5。
- R語言，通過rhdf5[32]和hdf5r[33]包提供支援。
- Rust語言，通過第三方庫獲得HDF支援，比如hdf庫[34]。
工具
[編輯]- Apache Spark HDF5 Connector[35]，用於Apache Spark的HDF5連接器
- Apache Drill HDF5 Plugin[36]，用於Apache Drill的HDF5外掛程式，允許在HDF5檔案集上執行SQL查詢
- HDF Product Designer[37]，可互操作的HDF5數據產品建立GUI工具
- HDF Explorer[38]，可讀取HDF、HDF5和netCDF的數據視覺化程式
- HDFView[39]，基於Java的HDF檔案的瀏覽器和編輯器
- ViTables[40]，用Python寫的HDF5和PyTables檔案的瀏覽器和編輯器
- Panoply[41]，基於Java的netCDF、HDF和GRIB數據檢視器
參見
[編輯]- 通用數據格式 (CDF)
- FITS，用於天文學的數據格式
- GRIB (GRIdded Binary)，用於氣象學的數據格式
- NetCDF，Netcdf Java庫使用純Java讀取HDF5、HDF4、HDF-EOS和其他格式
- Protocol Buffers，Google的數據交換格式
參照
[編輯]- ^ Java-based HDF Viewer (HDFView). [2019-06-05]. （原始內容存檔於2016-08-11）.
- ^ 2.0 2.1 HDF Group History. [2019-06-08]. （原始內容存檔於2019-06-08）.
- ^ HDF-EOS Tools and information Center. [2023-10-09]. （原始內容存檔於2023-10-21）.
- ^ HDF-EOS5 Data Model, File Format and Library. [2023-10-09]. （原始內容存檔於2023-11-10）.
- ^ How is HDF5 different from HDF4?. [2019-06-05]. （原始內容存檔於2009-03-30）.
- ^ Are there limitations to HDF4 files?. [2019-06-05]. （原始內容存檔於2016-04-19）.
- ^ 支援頁面 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Rossant, Cyrille. Moving away from HDF5. cyrille.rossant.net. [21 April 2016]. （原始內容存檔於2016-01-08）.
- ^ hdf5-cffi （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ 到C API的繫結 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Dymola （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ BEAM語言繫結 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ gonum （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ hdf5 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ HDFql（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Huygens軟件 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ IGOR Pro （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Igor Pro includes extensive support for reading and writing HDF5 files through an included HDF5 package （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
- ^ JHDF5庫 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ jHDF庫（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ hdf5-json（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
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- ^ lua-hdf5（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ HDF Import and Export （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）Mathematica documentation
- ^ PDL::IO::HDF5. [2019-06-05]. （原始內容存檔於2019-06-05）.
- ^ h5py （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ PyTables （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Python-HDF4 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
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- ^ rhdf5（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
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- ^ Apache Spark HDF5 Connector
- ^ Apache Drill HDF5 Plugin
- ^ HDF Product Designer （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ HDF Explorer（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ HDFView （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ ViTables （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Panoply. [2023-08-11]. （原始內容存檔於2023-11-09）.