李 淳

（遼寧省森林經(jīng)營(yíng)研究所，遼寧丹東 118002）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，森林生態(tài)氣象和水文的觀(guān)測(cè)項(xiàng)目逐漸增加，觀(guān)測(cè)頻率也有了顯著提高。以遼東半島森林生態(tài)國(guó)家定位研究站為例，遼東半島森林生態(tài)國(guó)家定位研究站分別在大連莊河仙人洞國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和本溪縣本溪市草河口鎮(zhèn)設(shè)立了森林生態(tài)觀(guān)測(cè)站點(diǎn)，森林氣象和水文觀(guān)測(cè)因子共計(jì)300余項(xiàng)，為了提高數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的工作效率和質(zhì)量，需要借助計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。VBA和Python在很多科學(xué)研究領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用[1-8]。本文根據(jù)這兩種編輯語(yǔ)言在森林生態(tài)氣象和水文工作中的適用性進(jìn)行了分析和比較，希望能為廣大學(xué)者提供幫助。

1 基本介紹

VBA（Visual Basic For Application） 是 微 軟 公 司1993年開(kāi)發(fā)的一種應(yīng)用程序共享的自動(dòng)化語(yǔ)言，是Microsoft Office應(yīng)用程序下的Visual Basic的子集，“寄生”在EXCEL等應(yīng)用程序中，通過(guò)執(zhí)行Visual Basic宏命令來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能[9]。在“自定義功能區(qū)”添加“開(kāi)發(fā)工具”后便可使用。

Python由Guido van Rossum于1989年創(chuàng)立，其前身為ABC語(yǔ)言。Python是高級(jí)編程語(yǔ)言，創(chuàng)立的目的在于通過(guò)更加人性化的設(shè)計(jì)，節(jié)約編輯時(shí)間。在實(shí)際使用中，使用者需要先安裝python程序，再通過(guò)“pip install”等方法安裝第三方庫(kù)，如“pip install Numpy”，通過(guò)第三方庫(kù)的方式實(shí)現(xiàn)不同的需求。對(duì)于森林生態(tài)工作，主要依靠NumPy、scipy、matplotlib和pandas等第三方庫(kù)。NumPy為科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)庫(kù)，是scipy、matplotlib和pandas的依托框架；pandas是一個(gè)強(qiáng)大的分析結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)工具，用于數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析，同時(shí)也提供數(shù)據(jù)清洗功能；scipy是一個(gè)用于數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程領(lǐng)域的常用軟件包，用于科學(xué)計(jì)算和分析；matplotlib受MATLAB的啟發(fā)構(gòu)建，用于數(shù)據(jù)繪圖。Python在是近幾年發(fā)展勢(shì)頭很好的一門(mén)語(yǔ)言，近幾年一直居于tiobe流行語(yǔ)言排行榜前五名，相對(duì)于其他編程語(yǔ)言，易學(xué)、語(yǔ)句更人性話(huà)。

2 功能比較

2.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理功能比較 VBA管理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)主要有兩種方式，一是直接對(duì)Excel中數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。如直接操作所在Excel文件中數(shù)據(jù)，或使用Workbooks.Open Filename等命令讀取管理其他Excel中的數(shù)據(jù)。二是通過(guò)與其他數(shù)據(jù)的交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。如sql server數(shù)據(jù)庫(kù)，可使用 Dim*as CreateObject設(shè)施連接屬性，創(chuàng)建與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，再使用INSERT INTO和Open “select*from*”完成數(shù)據(jù)的上傳和下載，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理。Python本身沒(méi)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，通過(guò)對(duì)其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件的操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理。如可通過(guò)pandas庫(kù)中的read_excel、read_table、read_csv、read_sql和to_excel、to_csv、to_sql實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和存儲(chǔ)功能，也可通過(guò)SQLAlchemy等第三方庫(kù)實(shí)現(xiàn)Python與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)交互，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理。需要注意的是，VBA和Python在與不同的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互時(shí)，連接工具和命令略有不同。

2.2 數(shù)據(jù)分析處理能力比較 在分析處理少量數(shù)據(jù)時(shí)，可直接使用Cells（row，column）命令對(duì)單元格進(jìn)行操作。在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，如直接對(duì)單元格操作會(huì)受硬盤(pán)讀取速度影響，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)分析處理速度，此時(shí)可使用Dim arr as array命令定義并創(chuàng)建數(shù)組，將數(shù)據(jù)分批次讀取到內(nèi)存中，在內(nèi)存中對(duì)數(shù)組進(jìn)行計(jì)算，最后使用range（Cells（row，column），Cells（row，column））=arr（）命令將結(jié)果存儲(chǔ)到sheet中。數(shù)據(jù)量越大，越能體現(xiàn)數(shù)組操作的優(yōu)勢(shì)。在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，使用for…next；do…loop；while等命令對(duì)單元格數(shù)據(jù)或數(shù)組數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行遍歷運(yùn)算，使用if…then…endif在遍歷過(guò)程中進(jìn)行判斷和數(shù)據(jù)篩選，最后使用sum，max，min等命令實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算。

Python在分析處理數(shù)據(jù)時(shí)，先使用pandas讀取數(shù)據(jù)，讀取后數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為DataFrame數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在處理過(guò)程中，除了可以使用for，if命令進(jìn)行遍歷循環(huán)判斷外，還可以groupby（）等命令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，大大降低了編譯難度和時(shí)間。受NumPy、scipy和pandas等第三方庫(kù)的支持，Python比VBA的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能更加豐富。

2.3 數(shù)據(jù)可視化比較 VBA可以較為直觀(guān)地在Excel中顯示數(shù)據(jù)分析處理過(guò)程，在sheet頁(yè)面直接進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，也可繪制散點(diǎn)圖、柱狀圖等常用圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化。Python本身無(wú)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，只能借助Excel、圖片或其他軟件窗口的方式展示數(shù)據(jù)。Python使用matplotlib等第三方庫(kù)完成數(shù)據(jù)繪圖，Matplotlib可繪制的圖形樣式基本涵蓋了matlab和R中的所有圖像，因此Python可繪制圖像更加多樣，更加精確地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。

2.4 運(yùn)算能力比較 在數(shù)據(jù)處理量方面，VBA是Visual Basic在Office上的應(yīng)用，受Office框架影響，VBA單次可讀取和處理數(shù)據(jù)量相對(duì)較少。Python脫落框架限制，可處理數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于VBA。在數(shù)據(jù)處理速度方面，python是較高級(jí)的語(yǔ)言，簡(jiǎn)單的運(yùn)算，VBA的速度較為更快。但在處理較為大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)時(shí)，Python的運(yùn)算速度和能力表現(xiàn)更為優(yōu)越。

2.5 擴(kuò)展功能與應(yīng)用比較 Excel VBA較為重視數(shù)據(jù)展示，成品制作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單方便，可移植性強(qiáng)。制作出來(lái)的成品無(wú)需培訓(xùn)學(xué)講即可推廣使用。Python推廣難度相對(duì)較大，需要先進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)。但Python可以制作出更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析模型，也可制作軟件成品進(jìn)行推廣使用。Python可以融合多種編程語(yǔ)言進(jìn)行混合編譯，功能更多，可應(yīng)用范圍更廣。

3 結(jié)語(yǔ)

從森林生態(tài)氣象和水文數(shù)據(jù)處理實(shí)際工作需求出發(fā)，Excel VBA和Python語(yǔ)言都有各自?xún)?yōu)秀的適用性。VBA具有易入門(mén)、操作直觀(guān)、可傳閱性高的特點(diǎn)，是小型數(shù)據(jù)和常規(guī)研究最高效的選擇，遇到不熟悉的函數(shù)命令式，可通過(guò)錄制宏的方式進(jìn)行針對(duì)性學(xué)習(xí)和應(yīng)用。Python可以完成更復(fù)雜的設(shè)計(jì)方案和計(jì)算工作。