概要

Databricks では、IoT 連携などで 横持ち（ワイド形式）になった大量のカラムを扱うことがあります。
本記事では、STACK 関数を用いて グループ単位（温度・湿度・照度）でカラムを縦持ち（ロング形式）へ変換する方法を、サンプルデータフレームを使って解説します。最終的な変換結果もあわせてご紹介します。

背景

IoT データを取り込む際、デバイス数や計測項目が増えるたびに 列が際限なく増加 し、クエリが複雑化する問題が発生します。

例として、3 台のデバイスがそれぞれ 温度・湿度・照度 を計測し、その値を個別のカラムに格納しているケースを想定します（下図参照）。

このままではデバイスや計測項目の追加時に列数が指数的に増え、テーブル設計や分析が困難になります。そこで STACK 関数 を利用し、温度・湿度・照度を 1 列ずつにまとめる 行列変換 を行います（変換後のイメージは下図）。

実装方法

1. サンプルデータフレームの作成

from datetime import datetime

data = [
    {
        "timestamp": datetime(2025, 6, 20),
        "device1_temp": 25.1,
        "device1_humid": 40.2,
        "device1_lux": 350,
        "device2_temp": 26.0,
        "device2_humid": 41.5,
        "device2_lux": 360,
        "device3_temp": 24.7,
        "device3_humid": 39.8,
        "device3_lux": 345,
    }
]

df = spark.createDataFrame(data)
display(df)

device1_humid	device1_lux	device1_temp	device2_humid	device2_lux	device2_temp	device3_humid	device3_lux	device3_temp	timestamp
40.2	350	25.1	41.5	360	26	39.8	345	24.7	2025-06-20T00:00:00.000+00:00

2. `STACK` 関数で行列変換

from pyspark.sql import functions as F

out_df = (
    df
    .select(
        "timestamp",
        F.stack(
            F.lit(3), 
            F.lit("device1"), F.col("device1_temp"), F.col("device1_humid"), F.col("device1_lux"),
            F.lit("device2"), F.col("device2_temp"), F.col("device2_humid"), F.col("device2_lux"),
            F.lit("device3"), F.col("device3_temp"), F.col("device3_humid"), F.col("device3_lux"),
        ).alias("device", "temperature", "humidity", "illuminance")
    )
)
display(out_df)

timestamp	device	temperature	humidity	illuminance
2025-06-20T00:00:00.000+00:00	device1	25.1	40.2	350
2025-06-20T00:00:00.000+00:00	device2	26.0	41.5	360
2025-06-20T00:00:00.000+00:00	device3	24.7	39.8	345

まとめ

本記事の方法により、各デバイス・計測項目を 縦持ち に統合でき、列の爆発を防ぎつつシンプルにクエリを記述できます。必要に応じて STACK の引数にデバイス数を増やすだけで拡張できるため、スケーラビリティも確保できます。