（九）Python总结笔记：Pandas

朱雀 2023-07-08 05:53 128阅读 0赞

## Python总结笔记（九）Pandas ##

pandas数据结构：Series和DataFrame

### Series ###

Series是基础数据结构（一维数组），索引可以像字典一样指定key。字典值乱序，Series有序，可以使用非数字下标索引。

import pandas as pd#导入库
    from pandas import DataFrame, Series#引用对象

1.  构建Series、初始化

*  初始化Series，不给索引：索引自动从0开始，依次递增。

obj = Series(\[4, 7, -5, 3\])\#索引自动从0开始，依次递增。

*  在初始化同时，给索引  
    obj = Series(\[4, 7, -5, 3\], index=\[‘d’, ‘b’, ‘a’, ‘c’\])\#自己设定索引，使用非数字下标索引。
 *  先初始化Series，再给索引

obj = Series([4, 7, -5, 3])
    obj.index = ['Bob', 'Steve', 'Jeff', 'Ryan']#若数量不匹配，会报错

字典初始化Series对象，是有序的，但是无法通过字典构造指定key的顺序。

sdata = { 'Ohio': 35000, 'Texas': 71000, 'Oregon': 16000, 'Utah': 5000,'California':1}
    
    obj3 = Series(sdata) # 使用字典初始化Series，但是顺序没有保证。
    #解决办法：
    states = ['California', 'Ohio', 'Oregon', 'Texas', 'Utah', 'New Jersy']
    obj4 = Series(sdata, index=states) # 字典和索引数组结合保证顺序，初始化Series，同时指定索引数组，长度由索引数组决定。

obj.index\#查看索引  
obj.values\#查看值  
obj.name = ‘population’ \# 给Series起名  
obj.index.name = ‘state’ \# 给Series的index起名

1.  Series读取（访问）、操作

读取（访问）  
根据数字下标索引：obj\[1\])  
根据非数字下标索引：obj\[‘b’\]  
过滤：obj\[obj > 0\]  
判断key（index）是否存在：‘b’ in obj  
查看Series的支持方法：dir(obj)  
np.exp(obj)或者obj \* 2：作用在每个元素上  
检测缺失值,返回Series数组。pd.isnull(obj) ：缺失返回True、不缺失返回Flase。obj.isnull()：缺失返回True，不缺失返回True。  
obj3 + obj4：对应索引位置相加，对不上的设置为None

obj.reindex(\[‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘d’, ‘e’\]) \# 重新指定索引顺序  
obj.reindex(\[‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘d’, ‘e’\], fill\_value=obj.mean()) \#重新指定索引顺序，并且定填充值。

obj = Series([4.5, 7.2, -5.3, 3.6], index=['d', 'b', 'a', 'c'])
    obj2 = obj.reindex(['a', 'b', 'c', 'd', 'e']) # 重新指定索引顺序
    print(obj2)
    obj.reindex(['a', 'b', 'c', 'd', 'e'], fill_value=obj.mean()) #指定填充值

obj3.reindex(range(6), method=‘ffill’) \# 指定填充方式为ffill，对于找不到的值用前一个值填充。

obj3 = Series(['blue', 'purple', 'yellow'], index=[0, 2, 4])
    obj3.reindex(range(6), method='ffill') # 指定填充方式为ffill，对于找不到的值用前一个值填充。

排序  
obj.sort\_values() \# 根据值排序  
obj.sort\_index()\#根据索引排序

#根据索引排序（不用给定的obj.sort_index()函数）
    index = ['d', 'c', 'a', 'b']
    obj = Series([4, 7, -3, 2], index=index)
    index = sorted(index)
    obj = obj.reindex(index)
    obj

切片

*  普通数值下标切片：

index = ['d', 'c', 'a', 'b', 'f', 'g']
    obj = Series([4, 7, -3, 2, 9, 3], index=index)
    x = obj[1:5] #普通数值索引： 左闭右开区间，并且x没有复制生成一个新的Series。
    x[2] = 10#切片引用，修改了原来的值
    obj
    x

注意：对Series切片是引用类型，与数组不同（数组：不引用，修改不了值）。

x1=[1,2,3,4,5,6]
    x2=x1[1:4]
    x2[0]=100#数组修改值，未改变原来的，不是引用。
    print(x1)
    print(x2)

*  非数值切片：obj\[‘c’:‘f’:1或者-1\] \#起始位置，结束位置，步长方向（若为负数代表反方向）

#切片-索引：
    print(obj['c':'f'])#起始位置，结束位置，步长方向
    print(obj['b':'d':-1]) # 闭区间-1代表反方向

### DataFrame ###

本质上是一个二维数组，用index定位行，用columns定位列。

# col_1 col_2 ... col_n
    # index_1 x11 x12 x1n 
    # index_2 x21 x22 x2n
    # ...
    # index_m xm1 xm2 xmn
    #
    # 房价 人口 GDP
    # 上海 ...
    # 北京
    # 天津

1.  初始化

创建列无序：

data = { 'state': ['Ohio', 'Ohio', 'Ohio', 'Nevada', 'Nevada'],
            'year': [2000, 2001, 2002, 2001, 2002],
            'pop': [1.5, 1.7, 3.6, 2.4, 2.9]} # key代表列的名字，对应的数组就是这个列的值。（行采用默认的数字索引。）
    #使用字典，导致列无序
    frame = DataFrame(data)
    frame

创建列无序：  
frame = DataFrame(\{‘b’: \[4, 7, -3, 2\], ‘a’: \[0, 1, 0, 1\]\})

指定列的顺序：DataFrame(data, columns=\[‘year’, ‘state’, ‘pop’\])

创建列有序：

frame2 = DataFrame(data, 
                       columns=['year', 'state', 'pop', 'debt'], # 匹配不到的行和列设置为None
                       index=['one', 'two', 'three', 'four', 'five']) # 使用index指定列

将列变成索引：

frame = DataFrame({ 'year': [2000, 2001, 2002, 2003, 2004],
                       'sales': [1500, 3700, 2400, 2900, 4900]})
    frame
    frame.set_index('year') # 将列变成索引

1.  访问

快速访问列：.+属性名 print(frame2.year) \#.+属性名 快速访问列，不管是一行还是一列，返回的是一个Series。

索引访问：print(frame2\[‘pop’\]) \#索引访问，和普通二维数组非常不一样！！！

切片访问：数字索引，iloc用数字索引访问行和列（左闭右开区间）

print(frame2.iloc[1,]) # 访问第1行
    print(frame2.iloc[:,2]) # 访问第2列pop
    print(frame2.iloc[1:3, 0:3]) #第1/2行，第0/1/2列切片

切片访问：名字索引，指定行范围或者某一列。loc用名字索引访问行和列（闭区间）

print(frame2.loc['one',])
    print(frame2.loc['one':'three',])
    print(frame2.loc[:,'state'])
    print(frame2.loc['two':'four','year':'debt'])

花式索引：使用iloc或loc选择指定的行列组合

frame2.iloc[[0, 1, 3], [0, 2]]
    frame2.loc[['one', 'three', 'four'], ['state', 'pop']]

1.  赋值

对某一列赋值，作用在所有元素上 frame2\[‘debt’\] = 100

赋值数组，长度必须一致 frame2\[‘debt’\] = np.arange(5)

据索引名字匹配行，匹配不到的索引自动扔掉 frame2\[‘debt’\] = Series(\[-1.2, -1.5, -1.7, 2\], index=\[‘two’, ‘four’, ‘five’, ‘six’\])

增加一列进行赋值  
frame2\[‘eastern’\] = (frame2.state == ‘Ohio’)  
frame2\[‘big’\] = (frame2\[‘pop’\] > 2.5)

注意： 数组a\[row\]\[col\]；但是在df中 a\[row,col\]，a\[col\]表示单独一列。

重新定义索引：frame2 = frame.reindex(\[‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘d’\]) \# 数量不用匹配，没有的自动填充NaN。

frame2 = frame.reindex(['a', 'b', 'c', 'd']) # 数量不用匹配，没有的自动填充NaN。
    states = ['Texas', 'Utah', 'California']
    frame3 = frame2.reindex(columns=states) # 重新指定行/列索引顺序

根据index删除值：默认axis=0按行

data = DataFrame(np.arange(16).reshape((4, 4)),
                     index=['Ohio', 'Colorado', 'Utah', 'New York'],
                     columns=['one', 'two', 'three', 'four'])
    print(data)
    print(data.drop(['Colorado', 'Ohio']))
    print(data.drop('two', axis=1))
    print(data.drop(['two', 'four'], axis=1))

数据过滤-按列过滤

data[data.three < 10] # three列上值大于等于10的行扔掉，小于的保留。
    data.loc[data.three < 5, ]

赋值： data\[data > 10\] = 0

注意：定位行和列\[\],调用方法：（）

1.  DataFrame和Series的计算

加法：data + 100

每一行减去其中一行：

frame = DataFrame(np.arange(12.).reshape((4, 3)),
                      columns=list('bde'),
                      index=['Utah', 'Ohio', 'Texas', 'Oregon'])
    s = frame.iloc[0]#取一行
    print(frame)
    print(s)
    print(frame - s) # 每一行减去对应的s，本质上每一行在对应的索引位置上相减。

选取几列加上对应数值：

s2 = Series(range(3), index=['b', 'e', 'f'])
    print(s2)
    print(frame + s2)

每列加减操作

# 行上操作的特殊性
    s3 = frame['d']#找到一列
    print(s3)
    #每个列不可以直接加减。
    frame.sub(s3, axis=0) # 每一列都沿着行的方向，根据index做减法。

绝对值——元素级函数

frame = DataFrame(np.random.randn(4, 3),
                      columns=list('bde'),
                      index=['Utah', 'Ohio', 'Texas', 'Oregon'])
    print(frame)
    np.abs(frame) # 元素级函数

自己定义函数，并应用。

f = lambda x: x.max() - x.min()#数组最大值-最小值
    frame.apply(f) # 每一列应用f 默认axis=0 每一列
    frame.apply(f, axis=1)# 每一行

def f(x):
        return Series([x.min(), x.max()], index=['min', 'max'])#返回Series
    frame.apply(f, axis=1)#对某一列

format = lambda x: '%.2f' % x 
    frame.applymap(format)#对每个元素进行操作
    frame['e'].map(format)

1.  排序

按行索引排序

# 排序
    frame = DataFrame(np.arange(8).reshape((2, 4)),
                      index=['three', 'one'],
                      columns=['d', 'a', 'b', 'c'])
    frame.sort_index() # 按行索引排序

按列名降序排序 frame.sort\_index(axis=1, ascending=False)  
按某列值排序 frame.sort\_values(by=‘b’, ascending=False)  
列a相等时用b排序frame.sort\_values(by=\[‘a’, ‘b’\]) \# 参考sql的order by， a相等时用b排序  
根据某行索引，调整排序顺序 frame.sort\_values(by=\[2\], axis=1) \# 根据行数字索引为2，调整排序顺序  
rank函数（与出现位置有关的排序）

求每列sum print(df.sum()) \# 沿着行的方向对每一列求sum  
求每行sum print(df.sum(axis=1))\# 沿着列的方向  
累加 df.cumsum() \# 累加  
每一列的统计信息 df.describe() \# 每一列的统计信息  
相关系数和协方差，使用tushare

1.  缺失值处理  
    有NA的行删除 data.dropna() \#有NA的行删除

data = DataFrame([[1., 6.5, 3.],
                      [1., 7, NA],
                      [NA, NA, NA],
                      [NA, 6.5, 3.]])
    data
    cleaned = data.dropna() # 有NA的行删除
    cleaned

只有某一行全部是NA才删除 data.dropna(how=‘all’) \#只有某一行全部是NA才删除。

至少有3个值不为NA的列被保留，其它删除 data.dropna(thresh=3, axis=1) \#至少有3个值不为NA的列被保留，其它删除

1.  数据合并

# outer: 左右，左-，-右
    # inner：左右
    # left： 左右，左-
    # right： 左右，-右

默认根据名字相同的列作合并

df1 = DataFrame({ 'key': ['b', 'b', 'a', 'c', 'a', 'a', 'b'],
                     'data1': range(7)})
    df2 = DataFrame({ 'key': ['a', 'b', 'd'],
                     'data2': range(3)})
    print(df1)
    print(df2)
    pd.merge(df1, df2) # 默认根据名字相同的列作合并，等价pd.merge(df1, df2, on='key')
    pd.merge(df1, df2, on='key')

分别指定用于合并的参考列

df3 = DataFrame({ 'lkey': ['b', 'b', 'a', 'c', 'a', 'a', 'b'],
                     'data1': range(7)})
    df4 = DataFrame({ 'rkey': ['a', 'b', 'd'],
                     'data2': range(3)})
    pd.merge(df3, df4, left_on='lkey', right_on='rkey') # 分别指定用于合并的参考列

指定连接方式 pd.merge(df1, df2, how=‘outer’) \# 指定连接方式

多个列的合并

left = DataFrame({ 'key1': ['foo', 'foo', 'bar'],
                      'key2': ['one', 'two', 'one'],
                      'lval': [1, 2, 3]})
    
    right = DataFrame({ 'key1': ['foo', 'foo', 'bar', 'bar'],
                       'key2': ['one', 'one', 'one', 'two'],
                       'rval': [4, 5, 6, 7]})
    pd.merge(left, right, on=['key1', 'key2'], how='outer') # 基于多个列的合并

重名列可以指定合并后的后缀 pd.merge(left, right, on=‘key1’, suffixes=(’\_left’, ‘\_right’)) \# 重名列可以指定合并后的后缀

使用right的索引参与合并

left1 = DataFrame({ 'key': ['a', 'b', 'a', 'a', 'b', 'c'],
                       'value': range(6)})
    right1 = DataFrame({ 'group_val': [3.5, 7]}, index=['a', 'b'])
    print(left1)
    print(right1)
    pd.merge(left1, right1, left_on='key', right_index=True) # 使用right的索引参与合并

join默认使用索引合并

left2 = DataFrame([[1., 2.], [3., 4.], [5., 6.]],
                      index=['a', 'c', 'e'],
                      columns=['Ohio', 'Nevada'])
    right2 = DataFrame([[7., 8.], [9., 10.], [11., 12.], [13, 14]],
                       index=['b', 'c', 'd', 'e'],
                       columns=['Missouri', 'Alabama'])
    left2.join(right2, how='outer') # join默认使用索引合并

一次合并多个DataFrame，默认使用全连接

another = DataFrame([[7., 8.], [9., 10.], [11., 12.], [16., 17.]],
                        index=['a', 'c', 'e', 'f'],
                        columns=['New York', 'Oregon'])
    left2.join([right2, another]) # 一次合并多个DataFrame，默认使用全连接。

连接

s1 = Series([0, 1], index=['a', 'b'])
    s2 = Series([2, 3, 4], index=['c', 'd', 'e'])
    s3 = Series([5, 6], index=['f', 'g'])
    pd.concat([s1, s2, s3]) # 默认沿着行的方向连接——串起来
    pd.concat([s1, s2, s3], axis=1) # 在列方向上连接，行索引没有识别到自动为nan

条件搜索

a = Series([np.nan, 2.5, np.nan, 3.5, 4.5, np.nan],
              index=['f', 'e', 'd', 'c', 'b', 'a'])
    b = Series(np.arange(len(a), dtype=np.float64),
               index=['f', 'e', 'd', 'c', 'b', 'a'])
    b[-1] = np.nan
    np.where(pd.isnull(a), b, a) # 条件搜索， 根据where筛选，如果a对应位置的元素为None就选b，否则保留a的值

填补

df1 = DataFrame({ 'a': [1., np.nan, 5., np.nan],
                    'b': [np.nan, 2., np.nan, 6.],
                    'c': range(2, 18, 4)})
    df2 = DataFrame({ 'a': [5., 4., np.nan, 3., 7.],
                     'b': [np.nan, 3., 4., 6., 8.]})
    print(df1)
    print(df2)
    df1.combine_first(df2)#df1对应为空，则选取df2对应项填补

1.  其他需要的知识点  
    pivot和melt  
    值替换  
    数据切割  
    排列组合和随机采样–数据d5、做交叉验证asan

### Pandas画图 ###

线型图

# 线型图
    s = Series(np.random.randn(1000).cumsum(), index=np.arange(0, 100, 0.1))
    s.plot()

多条线型图

df = DataFrame(np.random.randn(100, 4).cumsum(0),
                   columns=['A', 'B','C', 'D'],
                   index=np.arange(0, 100, 1))
    df.plot() # 每一列对应一条曲线

柱状图

# 柱状图 - Series
    data = Series(np.random.rand(10), index=list('abcdefghij'))
    fig, axes = plt.subplots(2, 1)
    data.plot(kind='bar', ax=axes[0])
    data.plot(kind='barh', ax=axes[1])

多个柱状图

# 柱状图（并列） - Pandas
    df = DataFrame(np.random.rand(6, 4),
                   columns=['A', 'B', 'C', 'D'],
                   index=['one', 'two','three', 'four', 'five', 'six'])
    df.plot(kind='bar')