Pandas之:深入理解Pandas的数据结构

灰太狼 2022-10-06 04:44 260阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  简介
 *  Series
 *   *  从\*\*ndarray\*\*创建
     *  从dict创建
     *  从标量创建
     *  Series 和 ndarray
     *  Series和dict
     *  矢量化操作和标签对齐
     *  Name属性
 *  \*\*DataFrame\*\*
 *   *  从Series创建
     *  从ndarrays 和 lists创建
     *  从结构化数组创建
     *  从字典list创建
     *  从元组中创建
     *  列选择，添加和删除

# 简介 #

本文将会讲解Pandas中基本的数据类型Series和DataFrame，并详细讲解这两种类型的创建，索引等基本行为。

使用Pandas需要引用下面的lib：

In [1]: import numpy as np
    
    In [2]: import pandas as pd

# Series #

Series是一维带label和index的数组。我们使用下面的方法来创建一个Series：

>>> s = pd.Series(data, index=index)

这里的data可以是Python的字典，np的ndarray，或者一个标量。

index是一个横轴label的list。接下来我们分别来看下怎么创建Series。

## 从**ndarray**创建 ##

s = pd.Series(np.random.randn(5), index=['a', 'b', 'c', 'd', 'e'])
    
    s
    Out[67]: 
    a   -1.300797
    b   -2.044172
    c   -1.170739
    d   -0.445290
    e    1.208784
    dtype: float64

使用index获取index：

s.index
    Out[68]: Index(['a', 'b', 'c', 'd', 'e'], dtype='object')

## 从dict创建 ##

d = {'b': 1, 'a': 0, 'c': 2}
    
    pd.Series(d)
    Out[70]: 
    a    0
    b    1
    c    2
    dtype: int64

## 从标量创建 ##

pd.Series(5., index=['a', 'b', 'c', 'd', 'e'])
    Out[71]: 
    a    5.0
    b    5.0
    c    5.0
    d    5.0
    e    5.0
    dtype: float64

## Series 和 ndarray ##

Series和ndarray是很类似的，在Series中使用index数值表现的就像ndarray:

s[0]
    Out[72]: -1.3007972194268396
    
    s[:3]
    Out[73]: 
    a   -1.300797
    b   -2.044172
    c   -1.170739
    dtype: float64
    
    s[s > s.median()]
    Out[74]: 
    d   -0.445290
    e    1.208784
    dtype: float64
    
    s[[4, 3, 1]]
    Out[75]: 
    e    1.208784
    d   -0.445290
    b   -2.044172
    dtype: float64

## Series和dict ##

如果使用label来访问Series，那么它的表现就和dict很像：

s['a']
    Out[80]: -1.3007972194268396
    
    s['e'] = 12.
    
    s
    Out[82]: 
    a    -1.300797
    b    -2.044172
    c    -1.170739
    d    -0.445290
    e    12.000000
    dtype: float64

## 矢量化操作和标签对齐 ##

Series可以使用更加简单的矢量化操作：

s + s
    Out[83]: 
    a    -2.601594
    b    -4.088344
    c    -2.341477
    d    -0.890581
    e    24.000000
    dtype: float64
    
    s * 2
    Out[84]: 
    a    -2.601594
    b    -4.088344
    c    -2.341477
    d    -0.890581
    e    24.000000
    dtype: float64
    
    np.exp(s)
    Out[85]: 
    a         0.272315
    b         0.129487
    c         0.310138
    d         0.640638
    e    162754.791419
    dtype: float64

## Name属性 ##

Series还有一个name属性，我们可以在创建的时候进行设置：

s = pd.Series(np.random.randn(5), name='something')
    
    s
    Out[88]: 
    0    0.192272
    1    0.110410
    2    1.442358
    3   -0.375792
    4    1.228111
    Name: something, dtype: float64

s还有一个rename方法，可以重命名s：

s2 = s.rename("different")

# **DataFrame** #

DataFrame是一个二维的带label的数据结构，它是由Series组成的，你可以把DataFrame看成是一个excel表格。DataFrame可以由下面几种数据来创建：

*  一维的ndarrays, lists, dicts, 或者 Series
 *  结构化数组创建
 *  2维的numpy.ndarray
 *  其他的DataFrame

## 从Series创建 ##

可以从Series构成的字典中来创建DataFrame：

d = {'one': pd.Series([1., 2., 3.], index=['a', 'b', 'c']),'two': pd.Series([1., 2., 3., 4.], index=['a', 'b', 'c', 'd'])}
    
    df = pd.DataFrame(d)
    
    df
    Out[92]: 
       one  two
    a  1.0  1.0
    b  2.0  2.0
    c  3.0  3.0
    d  NaN  4.0

进行index重排：

pd.DataFrame(d, index=['d', 'b', 'a'])
    Out[93]: 
       one  two
    d  NaN  4.0
    b  2.0  2.0
    a  1.0  1.0

进行列重排：

pd.DataFrame(d, index=['d', 'b', 'a'], columns=['two', 'three'])
    Out[94]: 
       two three
    d  4.0   NaN
    b  2.0   NaN
    a  1.0   NaN

## 从ndarrays 和 lists创建 ##

d = {'one': [1., 2., 3., 4.],'two': [4., 3., 2., 1.]}
    
    pd.DataFrame(d)
    Out[96]: 
       one  two
    0  1.0  4.0
    1  2.0  3.0
    2  3.0  2.0
    3  4.0  1.0
    
    pd.DataFrame(d, index=['a', 'b', 'c', 'd'])
    Out[97]: 
       one  two
    a  1.0  4.0
    b  2.0  3.0
    c  3.0  2.0
    d  4.0  1.0

## 从结构化数组创建 ##

可以从结构化数组中创建DF：

In [47]: data = np.zeros((2, ), dtype=[('A', 'i4'), ('B', 'f4'), ('C', 'a10')])
    
    In [48]: data[:] = [(1, 2., 'Hello'), (2, 3., "World")]
    
    In [49]: pd.DataFrame(data)
    Out[49]: 
       A    B         C
    0  1  2.0  b'Hello'
    1  2  3.0  b'World'
    
    In [50]: pd.DataFrame(data, index=['first', 'second'])
    Out[50]: 
            A    B         C
    first   1  2.0  b'Hello'
    second  2  3.0  b'World'
    
    In [51]: pd.DataFrame(data, columns=['C', 'A', 'B'])
    Out[51]: 
              C  A    B
    0  b'Hello'  1  2.0
    1  b'World'  2  3.0

## 从字典list创建 ##

In [52]: data2 = [{'a': 1, 'b': 2}, {'a': 5, 'b': 10, 'c': 20}]
    
    In [53]: pd.DataFrame(data2)
    Out[53]: 
       a   b     c
    0  1   2   NaN
    1  5  10  20.0
    
    In [54]: pd.DataFrame(data2, index=['first', 'second'])
    Out[54]: 
            a   b     c
    first   1   2   NaN
    second  5  10  20.0
    
    In [55]: pd.DataFrame(data2, columns=['a', 'b'])
    Out[55]: 
       a   b
    0  1   2
    1  5  10

## 从元组中创建 ##

可以从元组中创建更加复杂的DF：

In [56]: pd.DataFrame({('a', 'b'): {('A', 'B'): 1, ('A', 'C'): 2},
       ....:               ('a', 'a'): {('A', 'C'): 3, ('A', 'B'): 4},
       ....:               ('a', 'c'): {('A', 'B'): 5, ('A', 'C'): 6},
       ....:               ('b', 'a'): {('A', 'C'): 7, ('A', 'B'): 8},
       ....:               ('b', 'b'): {('A', 'D'): 9, ('A', 'B'): 10}})
       ....: 
    Out[56]: 
           a              b      
           b    a    c    a     b
    A B  1.0  4.0  5.0  8.0  10.0
      C  2.0  3.0  6.0  7.0   NaN
      D  NaN  NaN  NaN  NaN   9.0

## 列选择，添加和删除 ##

可以像操作Series一样操作DF：

In [64]: df['one']
    Out[64]: 
    a    1.0
    b    2.0
    c    3.0
    d    NaN
    Name: one, dtype: float64
    
    In [65]: df['three'] = df['one'] * df['two']
    
    In [66]: df['flag'] = df['one'] > 2
    
    In [67]: df
    Out[67]: 
       one  two  three   flag
    a  1.0  1.0    1.0  False
    b  2.0  2.0    4.0  False
    c  3.0  3.0    9.0   True
    d  NaN  4.0    NaN  False

可以删除特定的列，或者pop操作：

In [68]: del df['two']
    
    In [69]: three = df.pop('three')
    
    In [70]: df
    Out[70]: 
       one   flag
    a  1.0  False
    b  2.0  False
    c  3.0   True
    d  NaN  False

如果插入常量，那么会填满整个列：

In [71]: df['foo'] = 'bar'
    
    In [72]: df
    Out[72]: 
       one   flag  foo
    a  1.0  False  bar
    b  2.0  False  bar
    c  3.0   True  bar
    d  NaN  False  bar

默认会插入到DF中最后一列，可以使用insert来指定插入到特定的列：

In [75]: df.insert(1, 'bar', df['one'])
    
    In [76]: df
    Out[76]: 
       one  bar   flag  foo  one_trunc
    a  1.0  1.0  False  bar        1.0
    b  2.0  2.0  False  bar        2.0
    c  3.0  3.0   True  bar        NaN
    d  NaN  NaN  False  bar        NaN

使用assign 可以从现有的列中衍生出新的列：

In [77]: iris = pd.read_csv('data/iris.data')
    
    In [78]: iris.head()
    Out[78]: 
       SepalLength  SepalWidth  PetalLength  PetalWidth         Name
    0          5.1         3.5          1.4         0.2  Iris-setosa
    1          4.9         3.0          1.4         0.2  Iris-setosa
    2          4.7         3.2          1.3         0.2  Iris-setosa
    3          4.6         3.1          1.5         0.2  Iris-setosa
    4          5.0         3.6          1.4         0.2  Iris-setosa
    
    In [79]: (iris.assign(sepal_ratio=iris['SepalWidth'] / iris['SepalLength'])
       ....:      .head())
       ....: 
    Out[79]: 
       SepalLength  SepalWidth  PetalLength  PetalWidth         Name  sepal_ratio
    0          5.1         3.5          1.4         0.2  Iris-setosa     0.686275
    1          4.9         3.0          1.4         0.2  Iris-setosa     0.612245
    2          4.7         3.2          1.3         0.2  Iris-setosa     0.680851
    3          4.6         3.1          1.5         0.2  Iris-setosa     0.673913
    4          5.0         3.6          1.4         0.2  Iris-setosa     0.720000

> 注意， assign 会创建一个新的DF，原DF保持不变。

下面用一张表来表示DF中的index和选择：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">操作</th> 
   <th align="left">语法</th> 
   <th align="left">返回结果</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">选择列</td> 
   <td align="left"><code>df[col]</code></td> 
   <td align="left">Series</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">通过label选择行</td> 
   <td align="left"><code>df.loc[label]</code></td> 
   <td align="left">Series</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">通过数组选择行</td> 
   <td align="left"><code>df.iloc[loc]</code></td> 
   <td align="left">Series</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">行的切片</td> 
   <td align="left"><code>df[5:10]</code></td> 
   <td align="left">DataFrame</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">使用boolean向量选择行</td> 
   <td align="left"><code>df[bool_vec]</code></td> 
   <td align="left">DataFrame</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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