Pandas的数据结构
1 | import pandas as pd |
Pandas有两个最主要也是最重要的数据结构: Series 和 DataFrame
Series
Series是一种类似于一维数组的 对象,由一组数据(各种NumPy数据类型)以及一组与之对应的索引(数据标签)组成。
- 类似一维数组的对象
- 由数据和索引组成
- 索引(index)在左,数据(values)在右
- 索引是自动创建的
1. 通过list构建Series
ser_obj = pd.Series(range(10))
示例代码:
1 | # 通过list构建Series |
运行结果:
1 | 0 10 |
2. 获取数据和索引
ser_obj.index 和 ser_obj.values
示例代码:
1 | # 获取数据 |
运行结果:
1 | [10 11 12 13 14 15 16 17 18 19] |
3. 通过索引获取数据
ser_obj[idx]
示例代码:
1 | #通过索引获取数据 |
运行结果:
1 | 10 |
4. 索引与数据的对应关系不被运算结果影响
示例代码:
1 | # 索引与数据的对应关系不被运算结果影响 |
5. 通过dict构建Series
示例代码:
1 | # 通过dict构建Series |
运行结果:
1 | 2001 17.8 |
name属性
对象名:ser_obj.name
对象索引名:ser_obj.index.name
示例代码:
1 | # name属性 |
运行结果:
1 | year |
DataFrame
DataFrame是一个表格型的数据结构,它含有一组有序的列,每列可以是不同类型的值。DataFrame既有行索引也有列索引,它可以被看做是由Series组成的字典(共用同一个索引),数据是以二维结构存放的。
DataFrame
DataFrame是一个表格型的数据结构,它含有一组有序的列,每列可以是不同类型的值。DataFrame既有行索引也有列索引,它可以被看做是由Series组成的字典(共用同一个索引),数据是以二维结构存放的。
- 类似多维数组/表格数据 (如,excel, R中的data.frame)
- 每列数据可以是不同的类型
- 索引包括列索引和行索引
1. 通过ndarray构建DataFrame
示例代码:
1 | import numpy as np |
运行结果:
1 | [[ 0.83500594 -1.49290138 -0.53120106 -0.11313932] |
2. 通过dict构建DataFrame
示例代码:
1 | # 通过dict构建DataFrame |
运行结果:
1 | A B C D E F |
3. 通过列索引获取列数据(Series类型)
df_obj[col_idx] 或 df_obj.col_idx
示例代码:
1 | # 通过列索引获取列数据 |
运行结果:
1 | 0 1.0 |
4. 增加列数据
df_obj[new_col_idx] = data
类似Python的 dict添加key-value
示例代码:
1 | # 增加列 |
运行结果:
1 | A B C D E F G |
5. 删除列
del df_obj[col_idx]
示例代码:
1 | # 删除列 |
运行结果:
1 | A B C D E F |
Pandas的索引操作
索引对象Index
1. Series和DataFrame中的索引都是Index对象
示例代码:
1 | print(type(ser_obj.index)) |
运行结果:
1 | <class 'pandas.indexes.range.RangeIndex'> |
2. 索引对象不可变,保证了数据的安全
示例代码:
1 | # 索引对象不可变 |
运行结果:
1 | --------------------------------------------------------------------------- |
常见的Index种类
- Index,索引
- Int64Index,整数索引
- MultiIndex,层级索引
- DatetimeIndex,时间戳类型
Series索引
1. index 指定行索引名
示例代码:
1 | ser_obj = pd.Series(range(5), index = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']) |
运行结果:
1 | a 0 |
2. 行索引
ser_obj[‘label’], ser_obj[pos]
示例代码:
1 | # 行索引 |
运行结果:
1 | 1 |
3. 切片索引
ser_obj[2:4], ser_obj[‘label1’: ’label3’]
注意,按索引名切片操作时,是包含终止索引的。
示例代码:
1 | # 切片索引 |
运行结果:
1 | b 1 |
4. 不连续索引
ser_obj[[‘label1’, ’label2’, ‘label3’]]
示例代码:
1 | # 不连续索引 |
运行结果:
1 | a 0 |
5. 布尔索引
示例代码:
1 | # 布尔索引 |
运行结果:
1 | a False |
DataFrame索引
1. columns 指定列索引名
示例代码:
1 | import numpy as np |
运行结果:
1 | a b c d |
2. 列索引
df_obj[[‘label’]]
示例代码:
1 | # 列索引 |
运行结果:
1 | 0 -0.241678 |
3. 不连续索引
df_obj[[‘label1’, ‘label2’]]
示例代码:
1 | # 不连续索引 |
运行结果:
1 | a c |
高级索引:标签、位置和混合
Pandas的高级索引有3种
1. loc 标签索引
DataFrame 不能直接切片,可以通过loc来做切片
loc是基于标签名的索引,也就是我们自定义的索引名
示例代码:
1 | # 标签索引 loc |
运行结果:
1 | b 1 |
2. iloc 位置索引
作用和loc一样,不过是基于索引编号来索引
示例代码:
1 | # 整型位置索引 iloc |
运行结果:
1 | b 1 |
3. ix 标签与位置混合索引
ix是以上二者的综合,既可以使用索引编号,又可以使用自定义索引,要视情况不同来使用,
如果索引既有数字又有英文,那么这种方式是不建议使用的,容易导致定位的混乱。
示例代码:
1 | # 混合索引 ix |
运行结果:
1 | b 1 |
注意
DataFrame索引操作,可将其看作ndarray的索引操作
标签的切片索引是包含末尾位置的
Pandas的对齐运算
是数据清洗的重要过程,可以按索引对齐进行运算,如果没对齐的位置则补NaN,最后也可以填充NaN
Series的对齐运算
1. Series 按行、索引对齐
示例代码:
1 | s1 = pd.Series(range(10, 20), index = range(10)) |
运行结果:
1 | s1: |
2. Series的对齐运算
示例代码:
1 | # Series 对齐运算 |
运行结果:
1 | 0 30.0 |
DataFrame的对齐运算
1. DataFrame按行、列索引对齐:
示例代码:
1 | df1 = pd.DataFrame(np.ones((2,2)), columns = ['a', 'b']) |
运行结果:
1 | df1: |
2. DataFrame的对齐运算
示例代码:
1 | # DataFrame对齐操作 |
运行结果:
1 | a b c |
填充未对齐的数据进行运算
1. fill_value
使用
add
,sub
,div
,mul
的同时,通过
fill_value
指定填充值,未对齐的数据将和填充值做运算
示例代码:
1 | print(s1) |
运行结果:
1 | # print(s1) |
Pandas的函数应用
apply 和 applymap
1. 可直接使用NumPy的函数
示例代码
1 | # Numpy ufunc 函数 |
运行结果:
1 | 0 1 2 3 |
2. 通过apply将函数应用到列或行上
示例代码:
1 | # 使用apply应用行或列数据 |
运行结果:
1 | 0 -0.062413 |
注意指定轴的方向,默认axis=0,方向是列
示例代码:
1 | # 指定轴方向,axis=1,方向是行 |
运行结果:
1 | 0 0.844813 |
3. 通过applymap将函数应用到每个数据上
示例代码:
1 | # 使用applymap应用到每个数据 |
运行结果:
1 | 0 1 2 3 |
排序
1. 索引排序
sort_index()
排序默认使用升序排序,ascending=False 为降序排序
示例代码:
1 | # Series |
运行结果:
1 | 0 10 |
对DataFrame操作时注意轴方向
示例代码:
DataFrame
1 | df4 = pd.DataFrame(np.random.randn(3, 5), |
运行结果:
1 | 1 4 0 1 2 |
2. 按值排序
sort_values(by=‘column name’)
根据某个唯一的列名进行排序,如果有其他相同列名则报错。
示例代码:
1 | # 按值排序 |
运行结果:
1 | 1 4 0 1 2 |
处理缺失数据
示例代码:
1 | df_data = pd.DataFrame([np.random.randn(3), [1., 2., np.nan], |
运行结果:
1 | 0 1 2 |
1. 判断是否存在缺失值:isnull()
示例代码:
1 | # isnull |
运行结果:
1 | 0 1 2 |
2. 丢弃缺失数据:dropna()
根据axis轴方向,丢弃包含NaN的行或列。 示例代码:
1 | # dropna |
运行结果:
1 | 0 1 2 |
3. 填充缺失数据:fillna()
示例代码:
1 | # fillna |
运行结果:
1 | 0 1 2 |
层级索引(hierarchical indexing)
下面创建一个Series, 在输入索引Index时,输入了由两个子list组成的list,第一个子list是外层索引,第二个list是内层索引。
示例代码:
1 | import pandas as pd |
运行结果:
1 | a 0 0.099174 |
MultiIndex索引对象
- 打印这个Series的索引类型,显示是MultiIndex
- 直接将索引打印出来,可以看到有lavels,和labels两个信息。lavels表示两个层级中分别有那些标签,labels是每个位置分别是什么标签。
示例代码:
1 | print(type(ser_obj.index)) |
运行结果:
1 | <class 'pandas.indexes.multi.MultiIndex'> |
选取子集
- 根据索引获取数据。因为现在有两层索引,当通过外层索引获取数据的时候,可以直接利用外层索引的标签来获取。
- 当要通过内层索引获取数据的时候,在list中传入两个元素,前者是表示要选取的外层索引,后者表示要选取的内层索引
1. 外层选取:
ser_obj[‘outer_label’]
示例代码:
1 | # 外层选取 |
运行结果:
1 | 0 -1.362096 |
2. 内层选取:
ser_obj[:, ‘inner_label’]
示例代码:
1 | # 内层选取 |
运行结果:
1 | a 0.826662 |
常用于分组操作、透视表的生成等
交换分层顺序
1. swaplevel()
.swaplevel( )交换内层与外层索引
示例代码:
1 | print(ser_obj.swaplevel()) |
运行结果:
1 | 0 a 0.099174 |
交换并排序分层
sortlevel()
.sortlevel( )先对外层索引进行排序,再对内层索引进行排序,默认是升序。
示例代码:
1 | # 交换并排序分层 |
运行结果:
1 | 0 a 0.099174 |
Pandas统计计算和描述
示例代码:
1 | import numpy as np |
运行结果:
1 | a b c d |
常用的统计计算
sum, mean, max, min…
axis=0 按列统计,axis=1按行统计
skipna 排除缺失值, 默认为True
示例代码:
1 | df_obj.sum() |
运行结果:
1 | a 0.605751 |
常用的统计描述
describe 产生多个统计数据
示例代码:
1 | print(df_obj.describe()) |
运行结果:
1 | a b c d |
常用的统计描述方法:
skew 样本值的偏度(三阶矩)
kurt 样本值的峰度(四阶矩)
cumsum 样本值的累计和
cummin、cummax 样本值的累计最大值和累计最小值
cumprod 样本值的累计积
diff 计算一阶差分(对时间时间序列很有用)
pct_change 计算百分数变化
Pandas分组与聚合
分组 (groupby)
- 对数据集进行分组,然后对每组进行统计分析
- SQL能够对数据进行过滤,分组聚合
- pandas能利用groupby进行更加复杂的分组运算
- 分组运算过程:split->apply->combine
- 拆分:进行分组的根据
- 应用:每个分组运行的计算规则
- 合并:把每个分组的计算结果合并起来
示例代码:
1 | import pandas as pd |
运行结果:
1 | data1 data2 key1 key2 |
一、GroupBy对象:DataFrameGroupBy,SeriesGroupBy
1. 分组操作
groupby()进行分组,GroupBy对象没有进行实际运算,只是包含分组的中间数据
按列名分组:obj.groupby(‘label’)
示例代码:
1 | # dataframe根据key1进行分组 |
运行结果:
1 | <class 'pandas.core.groupby.DataFrameGroupBy'> |
2. 分组运算
对GroupBy对象进行分组运算/多重分组运算,如mean()
非数值数据不进行分组运算
示例代码:
1 | # 分组运算 |
运行结果:
1 | data1 data2 |
size() 返回每个分组的元素个数
1 | # size |
运行结果:
1 | key1 |
3. 按自定义的key分组
obj.groupby(self_def_key)
自定义的key可为列表或多层列表
obj.groupby([‘label1’, ‘label2’])->多层dataframe
示例代码:
1 | # 按自定义key分组,列表 |
运行结果:
1 | 0 1 |
二、GroupBy对象支持迭代操作
每次迭代返回一个元组 (group_name, group_data)
可用于分组数据的具体运算
1. 单层分组
示例代码:
1 | # 单层分组,根据key1 |
运行结果:
1 | a |
2. 多层分组
示例代码:
1 | # 多层分组,根据key1 和 key2 |
运行结果:
1 | ('a', 'one') |
三、GroupBy对象可以转换成列表或字典
示例代码:
1 | # GroupBy对象转换list |
运行结果:
1 | [('a', data1 data2 key1 key2 |
1. 按列分组、按数据类型分组
示例代码:
1 | # 按列分组 |
运行结果:
1 | data1 float64 |
2. 其他分组方法
示例代码:
1 | df_obj2 = pd.DataFrame(np.random.randint(1, 10, (5,5)), |
运行结果:
1 | a b c d e |
3. 通过字典分组
示例代码:
1 | # 通过字典分组 |
运行结果:
1 | C 1 |
4. 通过函数分组,函数传入的参数为行索引或列索引
示例代码:
1 | # 通过函数分组 |
运行结果:
1 | 1 1 |
5. 通过索引级别分组
示例代码:
1 | # 通过索引级别分组 |
运行结果:
1 | language Python Java Python Java Python |
聚合 (aggregation)
- 数组产生标量的过程,如mean()、count()等
- 常用于对分组后的数据进行计算
示例代码:
1 | dict_obj = {'key1' : ['a', 'b', 'a', 'b', |
运行结果:
1 | data1 data2 key1 key2 |
1. 内置的聚合函数
sum(), mean(), max(), min(), count(), size(), describe()
示例代码:
1 | print(df_obj5.groupby('key1').sum()) |
运行结果:
1 | data1 data2 |
2. 可自定义函数,传入agg方法中
grouped.agg(func)
func的参数为groupby索引对应的记录
示例代码:
1 | # 自定义聚合函数 |
运行结果:
1 | data1 data2 |
3. 应用多个聚合函数
同时应用多个函数进行聚合操作,使用函数列表
示例代码:
1 | # 应用多个聚合函数 |
运行结果:
1 | data1 data2 |
4. 对不同的列分别作用不同的聚合函数,使用dict
示例代码:
1 | # 每列作用不同的聚合函数 |
运行结果:
1 | data1 data2 |
数据的分组运算
示例代码:
1 | import pandas as pd |
运行结果:
1 | data1 data2 key1 key2 |
聚合运算后会改变原始数据的形状,
如何保持原始数据的形状?
1. merge
使用merge的外连接,比较复杂
示例代码:
1 | # 方法1,使用merge |
运行结果:
1 | data1 data2 key1 key2 sum_data1 sum_data2 |
2. transform
transform的计算结果和原始数据的形状保持一致,
如:grouped.transform(np.sum)
示例代码:
1 | # 方法2,使用transform |
运行结果:
1 | data1 data2 key1 key2 sum_data1 sum_data2 sum_key2 |
也可传入自定义函数,
示例代码:
1 | # 自定义函数传入transform |
运行结果:
1 | data1 data2 sum_data1 sum_data2 |
groupby.apply(func)
func函数也可以在各分组上分别调用,最后结果通过pd.concat组装到一起(数据合并)
示例代码:
1 | import pandas as pd |
运行结果:
1 | LeagueIndex Age HoursPerWeek TotalHours APM |
1. 产生层级索引:外层索引是分组名,内层索引是df_obj的行索引
示例代码:
1 | # apply函数接收的参数会传入自定义的函数中 |
运行结果:
1 | LeagueIndex Age HoursPerWeek TotalHours APM |
2. 禁止层级索引, group_keys=False
示例代码:
1 | print(df_data.groupby('LeagueIndex', group_keys=False).apply(top_n)) |
运行结果:
1 | LeagueIndex Age HoursPerWeek TotalHours APM |
apply可以用来处理不同分组内的缺失数据填充,填充该分组的均值