Python 数据分析之 pandas 进阶(一)

red_bricks 发布于2019-07-31 12:22 / 3616人阅读

摘要：所处理的数组是方法可以对指定轴上的索引进行改变增加删除操作，这将返回原始数据的一个拷贝去掉包含缺失值的行对缺失值进行填充对数据进行布尔填充五合并提供了大量的方法能够轻松的对和对象进行各种符合各种逻辑关系的合并操作。

导入本篇中使用到的模块：

    import numpy as np
    import pandas as pd
    from pandas import Series, DataFrame

我们可以调整数据输出框大小以便观察：

    pd.set_option("display.width", 200)

一、创建对象
1、可以通过传递一个list对象来创建一个Series，pandas会默认创建整型索引：

    s = pd.Series([1,3,5,np.nan,6,8])
    s
    0     1
    1     3
    2     5
    3   NaN
    4     6
    5     8
    dtype: float64

2、通过传递一个numpy array，时间索引以及列标签来创建一个DataFrame：

    dates = pd.date_range("20130101", periods=6)
    df = pd.DataFrame(np.random.randn(6,4), index=dates, columns=list("ABCD"))
    dates
    df
    DatetimeIndex(["2013-01-01", "2013-01-02", "2013-01-03", "2013-01-04",
                   "2013-01-05", "2013-01-06"],
                  dtype="datetime64[ns]", freq="D")
     
                A           B            C            D
    2013-01-01    -1.857957    -0.297110    0.135704    0.199878
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    1.447487
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    0.663366
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    -1.295228
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    -0.594528
    2013-01-06    0.186073    -0.537019    -0.252442    0.530238

3、通过传递一个能够被转换成类似序列结构的字典对象来创建一个DataFrame：

    df2 = pd.DataFrame({"A":1.,
                        "B":pd.Timestamp("20130102"),
                        "C":pd.Series(1, index=list(range(4)),dtype="float32"),
                        "D":np.array([3] * 4, dtype="int32"),
                        "E":pd.Categorical(["test","train", "test","train"]),
                        "F":"foo"
                       })
    df2

4、查看不同列的数据类型：

    df2.dtypes 
    A           float64
    B    datetime64[ns]
    C           float32
    D             int32
    E          category
    F            object
    dtype: object

5、使用Tab自动补全功能会自动识别所有的属性以及自定义的列

二、查看数据
1.查看Frame中头部和尾部的行：

    df.head() 
                A            B                C            D
    2013-01-01    -1.857957    -0.297110    0.135704    0.199878
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    1.447487
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    0.663366
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    -1.295228
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    -0.594528

    df.tail(3)
     
                A            B            C            D
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    -1.295228
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    -0.594528
    2013-01-06    0.186073    -0.537019    -0.252442    0.530238

2、显示索引、列和底层的numpy数据：

    df.index
     
    DatetimeIndex(["2013-01-01", "2013-01-02", "2013-01-03", "2013-01-04",
                   "2013-01-05", "2013-01-06"],
                  dtype="datetime64[ns]", freq="D")

    df.columns
     
    Index(["A", "B", "C", "D"], dtype="object")

3、describe()函数对于数据的快速统计汇总：

    df.describe()
     
        A            B            C            D
    count    6.000000    6.000000    6.000000    6.000000
    mean    -0.256300    0.103596    0.283858    0.158536
    std    0.854686    1.060269    1.181208    0.973309
    min    -1.857957    -1.211098    -1.031190    -1.295228
    25%    -0.412452    -0.477042    -0.429298    -0.395927
    50%    0.162550    -0.158711    -0.058369    0.365058
    75%    0.214610    0.747641    0.911070    0.630084
    max    0.367213    1.683491    2.169802    1.447487

4、对数据的转置(tranverse):

    df.T
     
        2013-01-01     2013-01-02     2013-01-03    2013-01-04     2013-01-05     2013-01-06 
            00:00:00        00:00:00        00:00:00        00:00:00        00:00:00        00:00:00
    A    -1.857957    0.139027    -0.596279    0.367213    0.224122    0.186073
    B    -0.297110    1.683491    -1.211098    -0.020313    1.003625    -0.537019
    C    0.135704    -1.031190    1.169525    2.169802    -0.488250    -0.252442
    D    0.199878    1.447487    0.663366    -1.295228    -0.594528    0.530238

5、按轴进行排序：

    df.sort_index(axis=1,ascending=False)
     
                D            C            B            A
    2013-01-01    0.199878    0.135704    -0.297110    -1.857957
    2013-01-02    1.447487    -1.031190    1.683491    0.139027
    2013-01-03    0.663366    1.169525    -1.211098    -0.596279
    2013-01-04    -1.295228    2.169802    -0.020313    0.367213
    2013-01-05    -0.594528    -0.488250    1.003625    0.224122
    2013-01-06    0.530238    -0.252442    -0.537019    0.186073

6、按值进行排序：

    df.sort(columns="B")
     
                A            B            C            D
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    0.663366
    2013-01-06    0.186073    -0.537019    -0.252442    0.530238
    2013-01-01    -1.857957    -0.297110    0.135704    0.199878
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    -1.295228
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    -0.594528
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    1.447487

三、选择数据
以下是将要操作的数组：

    df
     
                A            B            C            D
    2013-01-01    -1.857957    -0.297110    0.135704    0.199878
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    1.447487
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    0.663366
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    -1.295228
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    -0.594528
    2013-01-06    0.186073    -0.537019    -0.252442    0.530238

1、获取数据

(1)、选择一个多带带的列，这将会返回一个Series:

    df["A"]
     
    2013-01-01   -1.857957
    2013-01-02    0.139027
    2013-01-03   -0.596279
    2013-01-04    0.367213
    2013-01-05    0.224122
    2013-01-06    0.186073
    Freq: D, Name: A, dtype: float64

(2)、通过[]进行选择，即：切片

    df[0:3]
     
                A            B            C             D
    2013-01-01    -1.857957    -0.297110    0.135704    0.199878
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    1.447487
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    0.663366

2、标签选择

(1)、使用标签来获取一个交叉的区域

    df.loc[dates[0]]
     
    A   -1.857957
    B   -0.297110
    C    0.135704
    D    0.199878
    Name: 2013-01-01 00:00:00, dtype: float64

(2)、通过标签来在多个轴上进行选择

    df.loc[:,["A", "B"]]
     
                A              B
    2013-01-01    -1.857957    -0.297110
    2013-01-02    0.139027    1.683491
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098
    2013-01-04    0.367213    -0.020313
    2013-01-05    0.224122    1.003625
    2013-01-06    0.186073    -0.537019

(3)、标签切片

    df.loc["20130102":"20130104", ["A","B"]]
     
                A            B
    2013-01-02    0.139027    1.683491
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098
    2013-01-04    0.367213    -0.020313

(4)、对于返回的对象进行维度缩减

    df.loc["20130102", ["A","B"]]
     
    A    0.139027
    B    1.683491
    Name: 2013-01-02 00:00:00, dtype: float64

(5)、获取一个标量

    df.loc[dates[0], "A"]
     
    -1.8579571971312099

3、位置选择

(1)、通过传递数值进行位置选择（选择的是行）

    df.iloc[3]
     
    A    0.367213
    B   -0.020313
    C    2.169802
    D   -1.295228
    Name: 2013-01-04 00:00:00, dtype: float64

(2)、通过数值进行切片

    df.iloc[3:5,0:2]
     
                A             B
    2013-01-04    0.367213    -0.020313
    2013-01-05    0.224122    1.003625

(3)、通过指定一个位置的列表

    df.iloc[[1,2,4],[0,2]]
     
                A            C
    2013-01-02    0.139027    -1.031190
    2013-01-03    -0.596279    1.169525
    2013-01-05    0.224122    -0.488250

(4)、对行进行切片

    df.iloc[1:3,:]
     
                A            B            C            D
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    1.447487
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    0.663366

(5)、获取特定的值

    df.iloc[1,1]
     
    1.6834910794696132

4、布尔索引

(1)、使用一个多带带列的值来选择数据：

    df[df.A > 0]
     
                A            B             C            D
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    1.447487
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    -1.295228
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    -0.594528
    2013-01-06    0.186073    -0.537019    -0.252442    0.530238

(2)、使用where操作来选择数据：

    df[df > 0]
     
                A            B            C            D
    2013-01-01    NaN            NaN            0.135704    0.199878
    2013-01-02    0.139027    1.683491    NaN            1.447487
    2013-01-03    NaN            NaN            1.169525    0.663366
    2013-01-04    0.367213    NaN            2.169802    NaN
    2013-01-05    0.224122    1.003625    NaN            NaN
    2013-01-06    0.186073    NaN            NaN            0.530238

(3)、使用isin()方法来过滤：

    df2 = df.copy()
    df2["E"] = ["one", "one", "two", "three", "four", "three"]
    df2
     
                A            B             C            D            E
    2013-01-01    -1.857957    -0.297110    0.135704    0.199878    one
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    1.447487    one
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    0.663366    two
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    -1.295228    three
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    -0.594528    four
    2013-01-06    0.186073    -0.537019    -0.252442    0.530238    three

    df2[df2["E"].isin(["two", "four"])]
     
                A            B             C            D            E
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    0.663366    two
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    -0.594528    four

5、设置

(1)、设置一个新的列：

    s1 = pd.Series([1,2,3,4,5,6], index=pd.date_range("20130102", periods=6))
    s1
     
    2013-01-02    1
    2013-01-03    2
    2013-01-04    3
    2013-01-05    4
    2013-01-06    5
    2013-01-07    6
    Freq: D, dtype: int64

    df["F"] = s1
    df
     
                A            B            C            D    F
    2013-01-01    0.000000    0.000000    0.135704    5    NaN
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    5    1
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    5    2
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    5    3
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    5    4
    2013-01-06    0.186073    -0.537019    -0.252442    5    5

(2)、设置新值

    df.at[dates[0],"A"] = 0  #通过标签设置新值
    df.iat[0,1] = 0  #通过位置设置新值
    df.loc[:, "D"] = np.array([5] * len(df))  #通过一个numpy数值设置一组新值
    df
     
                A            B            C            D    F
    2013-01-01    0.000000    0.000000    0.135704    5    NaN
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    5    1
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    5    2
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    5    3
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    5    4
    2013-01-06    0.186073    -0.537019    -0.252442    5    5

四、缺失值处理

在pandas中，使用np.nan来代替缺失值，这些值将默认不会包含在计算中。所处理的数组是：

    df
     
                A            B            C            D    F
    2013-01-01    0.000000    0.000000    0.135704    5    NaN
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    5    1
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    5    2
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    5    3
    2013-01-05    0.224122    1.003625    -0.488250    5    4
    2013-01-06    0.186073    -0.537019    -0.252442    5    5

1、reindex()方法可以对指定轴上的索引进行改变/增加/删除操作，这将返回原始数据的一个拷贝：

    df1 = df.reindex(index=dates[0:4],columns=list(df.columns) + ["E"])
    df1.loc[dates[0]:dates[1], "E"] = 1
    df1
     
     
                    A            B            C            D    F    E
    2013-01-01    0.000000    0.000000    0.135704    5    NaN    1
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    5    1    1
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    5    2    NaN
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    5    3    NaN

2、去掉包含缺失值的行：

 df1.dropna(how="any")
  
             A            B            C            D    F    E
 2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.03119    5    1    1

3、对缺失值进行填充：

    df1.fillna(value=5)
     
                A            B            C            D    F    E
    2013-01-01    0.000000    0.000000    0.135704    5    5    1
    2013-01-02    0.139027    1.683491    -1.031190    5    1    1
    2013-01-03    -0.596279    -1.211098    1.169525    5    2    5
    2013-01-04    0.367213    -0.020313    2.169802    5    3    5

4、对数据进行布尔填充：

    pd.isnull(df1)
     
                A    B    C    D    F    E
    2013-01-01    False    False    False    False    True    False
    2013-01-02    False    False    False    False    False    False
    2013-01-03    False    False    False    False    False    True
    2013-01-04    False    False    False    False    False    True

五、合并

pandas提供了大量的方法能够轻松的对Series、DataFrame和Panel对象进行各种符合各种逻辑关系的合并操作。

1、Concat

    df = pd.DataFrame(np.random.randn(10, 4))
    df
     
        0            1            2             3
    0    0.680581    1.918851    0.521201    -0.389951
    1    0.724157    2.282989    0.648427    -0.827308
    2    2.437781    0.232518    1.066197    -0.233117
    3    0.038747    3.174875    -1.384120    0.322864
    4    -0.835962    1.015841    0.042094    -1.903701
    5    0.095194    1.926612    0.512825    0.786349
    6    -1.098231    -0.669381    -0.623124    -0.411114
    7    -1.229527    -0.738026    0.453683    -2.037488
    8    -0.499546    -0.816864    -0.395079    -0.320400
    9    0.850367    1.047287    -1.205815    -1.287821

    pieces = [df[:3], df[3:7], df[7:]]
    # break it into pieces
    pieces
     
    [          0         1         2         3
     0  0.680581  1.918851  0.521201 -0.389951
     1  0.724157  2.282989  0.648427 -0.827308
     2  2.437781  0.232518  1.066197 -0.233117,
               0         1         2         3
     3  0.038747  3.174875 -1.384120  0.322864
     4 -0.835962  1.015841  0.042094 -1.903701
     5  0.095194  1.926612  0.512825  0.786349
     6 -1.098231 -0.669381 -0.623124 -0.411114,
               0         1         2         3
     7 -1.229527 -0.738026  0.453683 -2.037488
     8 -0.499546 -0.816864 -0.395079 -0.320400
     9  0.850367  1.047287 -1.205815 -1.287821]

2、Append将一行连接到一个DataFrame上

    df = pd.DataFrame(np.random.randn(8, 4), columns=["A", "B", "C", "D"])
    df
     
        A            B            C            D
    0    -0.923050    -1.798683    -0.543700    0.983715
    1    -0.031082    1.069746    -0.761914    0.142136
    2    0.178376    -0.984427    0.270601    0.737754
    3    -0.882595    0.057637    -1.027661    -1.829378
    4    0.570082    0.210366    0.805305    -1.233238
    5    0.442322    0.709155    -0.304849    0.885378
    6    -0.218852    0.052263    0.467727    0.832747
    7    0.516890    0.005642    -0.990794    -1.624444

    s = df.iloc[3]
    df.append(s, ignore_index=True)
     
        A            B            C            D
    0    -0.923050    -1.798683    -0.543700    0.983715
    1    -0.031082    1.069746    -0.761914    0.142136
    2    0.178376    -0.984427    0.270601    0.737754
    3    -0.882595    0.057637    -1.027661    -1.829378
    4    0.570082    0.210366    0.805305    -1.233238
    5    0.442322    0.709155    -0.304849    0.885378
    6    -0.218852    0.052263    0.467727    0.832747
    7    0.516890    0.005642    -0.990794    -1.624444
    8    -0.882595    0.057637    -1.027661    -1.829378

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