python pandas模块基础学习详解
Pandas类似R语言中的数据框(DataFrame),Pandas基于Numpy,但是对于数据框结构的处理比Numpy要来的容易。
1. Pandas的基本数据结构和使用
Pandas有两个主要的数据结构：Series和DataFrame。Series类似Numpy中的一维数组，DataFrame则是使用较多的多维表格数据结构。
Series的创建
>>>import numpy as np >>>import pandas as pd >>>s=pd.Series([1,2,3,np.nan,44,1]) # np.nan创建一个缺失数值 >>>s # 若未指定，Series会自动建立index，此处自动建立索引0-5 0 1.0 1 2.0 2 3.0 3 NaN 4 44.0 5 1.0 dtype: float64
DataFrame的创建
>>>dates=pd.date_range('20170101',periods=6)
>>>dates
DatetimeIndex(['2017-01-01', '2017-01-02', '2017-01-03', '2017-01-04',
'2017-01-05', '2017-01-06'],
dtype='datetime64[ns]', freq='D')
>>>df=pd.DataFrame(np.random.randn(6,4),index=dates,columns=['a','b','c','d'])
>>>df
a b c d
2017-01-01 -1.993447 1.272175 -1.578337 -1.972526
2017-01-02 0.092701 -0.503654 -0.540655 -0.126386
2017-01-03 0.191769 -0.578872 -1.693449 0.457891
2017-01-04 2.121120 0.521884 -0.419368 -1.916585
2017-01-05 1.642063 0.222134 0.108531 -1.858906
2017-01-06 0.636639 0.487491 0.617841 -1.597920
DataFrame可以跟Numpy一样根据索引取出其中的数据，只是DataFrame索引方式更加多样化。DataFrame不仅可以根据默认的行列编号来索引，还可以根据标签序列来索引。
还可以采用字典的方式创建DataFrame：
>>>df2=pd.DataFrame({'a':1,'b':'hello kitty','c':np.arange(2),'d':['o','k']})
>>>df2
a b c d
0 1 hello kitty 0 o
1 1 hello kitty 1 k
对于DataFrame的一些属性也可以采用相应的方法查看
dtype # 查看数据类型 index # 查看行序列或者索引 columns # 查看各列的标签 values # 查看数据框内的数据，也即不含表头索引的数据 describe # 查看数据的一些信息，如每一列的极值，均值，中位数之类的，只能对数值型数据统计信息 transpose # 转置，也可用Ｔ来操作 sort_index # 排序，可按行或列index排序输出 sort_values # 按数据值来排序
一些例子
>>>df2.dtypes
a int64
b object
c int64
d object
dtype: object
>>>df2.index
RangeIndex(start=0, stop=2, step=1)
>>>df2.columns
Index(['a', 'b', 'c', 'd'], dtype='object')
>>>df2.values
array([[1, 'hello kitty', 0, 'o'],
[1, 'hello kitty', 1, 'k']], dtype=object)
>>>df2.describe # 只能对数值型数据统计信息
a c
count 2.0 2.000000
mean 1.0 0.500000
std 0.0 0.707107
min 1.0 0.000000
25% 1.0 0.250000
50% 1.0 0.500000
75% 1.0 0.750000
max 1.0 1.000000
>>>df2.T
0 1
a 1 1
b hello kitty hello kitty
c 0 1
d o k
>>>df2.sort_index(axis=1,ascending=False) # axis=1 按列标签从大到小排列
d c b a
0 o 0 hello kitty 1
1 k 1 hello kitty 1
>>>df2.sort_index(axis=0,ascending=False) # 按行标签从大到小排序
a b c d
1 1 hello kitty 1 k
0 1 hello kitty 0 o
>>>df2.sort_values(by="c",ascending=False) # 按c列的值从大到小排序
a b c d
1 1 hello kitty 1 k
0 1 hello kitty 0 o
2. 从DataFrame中筛选取出目的数据
从DataFrame中取出目的数据方法有多种，一般常用的有：
- - 直接根据索引选取
- - 根据标签选取(纵向选择列)：loc
- - 根据序列(横向选择行): iloc
- - 组合使用标签序列来选取特定位置的数据: ix
- - 通过逻辑判断筛选
简单选取
>>>import numpy as np
>>>import pandas as pd
>>>dates=pd.date_range('20170101',periods=6)
>>>df=pd.DataFrame(np.arange(24).reshape((6,4)),index=dates,columns=['a','b','c','d'])
>>>df
a b c d
2017-01-01 0 1 2 3
2017-01-02 4 5 6 7
2017-01-03 8 9 10 11
2017-01-04 12 13 14 15
2017-01-05 16 17 18 19
2017-01-06 20 21 22 23
>>>df['a'] # 根据表签直接选取ａ列，也可用df.a,结果相同
2017-01-01 0
2017-01-02 4
2017-01-03 8
2017-01-04 12
2017-01-05 16
2017-01-06 20
Freq: D, Name: a, dtype: int64
>>>df[0:3] # 选择前３行，也可用行标签 df['2017-01-01':'2017-01-03'],结果相同,但是无法用此法选择多列
a b c d
2017-01-01 0 1 2 3
2017-01-02 4 5 6 7
2017-01-03 8 9 10 11
loc使用显式的行标签来选取数据
DataFrame行的表示方式有两种，一种是通过显式的行标签来索引，另一种是通过默认隐式的行号来索引。loc方法是通过行标签来索引选取目标行，可以配合列标签来选取特定位置的数据。
>>>df.loc['2017-01-01':'2017-01-03']
a b c d
2017-01-01 0 1 2 3
2017-01-02 4 5 6 7
2017-01-03 8 9 10 11
>>>df.loc['2017-01-01',['a','b']] # 选取特定行的a,b列
a 0
b 1
Name: 2017-01-01 00:00:00, dtype: int64
iloc使用隐式的行序列号来选取数据
使用iloc可以搭配列序列号来更简单的选取特定位点的数据
>>>df.iloc[3,1]
13
>>>df.iloc[1:3,2:4]
c d
2017-01-02 6 7
2017-01-03 10 11
ix利用ix可以混用显式标签与隐式序列号
loc只能使用显式标签来选取数据，而iloc只能使用隐式序列号来选取数据，ix则能将二者结合起来使用。
>>> df.ix[3:5,['a','b']]
a b
2017-01-04 12 13
2017-01-05 16 17
使用逻辑判断来选取数据
>>>df
a b c d
2017-01-01 0 1 2 3
2017-01-02 4 5 6 7
2017-01-03 8 9 10 11
2017-01-04 12 13 14 15
2017-01-05 16 17 18 19
2017-01-06 20 21 22 23
>>>df[df['a']>5] # 等价于df[df.a>5]
a b c d
2017-01-03 8 9 10 11
2017-01-04 12 13 14 15
2017-01-05 16 17 18 19
2017-01-06 20 21 22 23
3. Pandas设置特定位置值
>>>import numpy as np
>>>import pandas as pd
>>>dates=pd.date_range('20170101',periods=6)
>>>datas=np.arange(24).reshape((6,4))
>>>columns=['a','b','c','d']
>>>df=pd.DataFra me(data=datas,index=dates,colums=columns)
>>>df.iloc[2,2:4]=111 # 将第２行2,3列位置的数据改为111
a b c d
2017-01-01 0 1 2 3
2017-01-02 4 5 6 7
2017-01-03 8 9 111 111
2017-01-04 12 13 14 15
2017-01-05 16 17 18 19
2017-01-06 20 21 22 23
>>>df.b[df['a']>10]=0 # 等价于df.b[df.a>10] # 以ａ列大于10的数的位置为参考，改变b列相应行的数值为0
a b c d
2017-01-01 0 1 2 3
2017-01-02 4 5 6 7
2017-01-03 8 9 111 111
2017-01-04 12 0 14 15
2017-01-05 16 0 18 19
2017-01-06 20 0 22 23
>>>df['f']=np.nan # 新建f列并设置数值为np.nan
a b c d f
2017-01-01 0 1 2 3 NaN
2017-01-02 4 5 6 7 NaN
2017-01-03 8 9 111 111 NaN
2017-01-04 12 0 14 15 NaN
2017-01-05 16 0 18 19 NaN
2017-01-06 20 0 22 23 NaN
>>>
# 用上面的方法也可以加上`Series`序列，但是必须与列长度一致
>>>df['e']=pd.Series(np.arange(6),index=dates)
>>>df
a b c d f e
2017-01-01 0 1 2 3 NaN 0
2017-01-02 4 5 6 7 NaN 1
2017-01-03 8 9 111 111 NaN 2
2017-01-04 12 0 14 15 NaN 3
2017-01-05 16 0 18 19 NaN 4
2017-01-06 20 0 22 23 NaN 5
4. 处理丢失数据
有时候我们的数据中会有一些空的或者缺失(NaN)数据，使用dropna可以选择性的删除或填补这些NaN数据。drop函数可以选择性的删除行或者列，drop_duplicates去除冗余。fillna则将NaN值用其他值替换。操作后不改变原值，若要保存更改需重新赋值。
>>>import numpy as np
>>>import pandas as pd
>>>df=pd.DataFrame(np.arange(24).reshape(6,4),index=pd.date_range('20170101',periods=6),columns=['a','b','c','d'])
>>>df
a b c d
2017-01-01 0 1 2 3
2017-01-02 4 5 6 7
2017-01-03 8 9 10 11
2017-01-04 12 13 14 15
2017-01-05 16 17 18 19
2017-01-06 20 21 22 23
>>>df.iloc[1,3]=np.nan
>>>di.iloc[3,2]=np.nan
>>>df.
a b c d
2017-01-01 0 1 2.0 3.0
2017-01-02 4 5 6.0 NaN
2017-01-03 8 9 10.0 11.0
2017-01-04 12 13 NaN 15.0
2017-01-05 16 17 18.0 19.0
2017-01-06 20 21 22.0 23.0
>>>df.dropna(axis=0,how='any') # axis=0(1)表示将含有NaN的行(列)删除。
# how='any'表示只要行(或列，视axis取值而定)含有NaN则将该行(列)删除，
# how='all'表示当某行(列)全部为NaN时才删除
a b c d
2017-01-01 0 1 2.0 3.0
2017-01-03 8 9 10.0 11.0
2017-01-05 16 17 18.0 19.0
2017-01-06 20 21 22.0 23.0
>>>df.fillna(value=55)
a b c d
2017-01-01 0 1 2.0 3.0
2017-01-02 4 5 6.0 55.0
2017-01-03 8 9 10.0 11.0
2017-01-04 12 13 55.0 15.0
2017-01-05 16 17 18.0 19.0
2017-01-06 20 21 22.0 23.0
还可以利用函数来检查数据中是否有或者全部为NaN
>>>np.any(df.isnull())==True True >>>np.all(df.isnull())==True False
5. 数据的导入以及导出
一般excel文件以csv方式读入，pd.read_csv(file)，data保存为filedata.to_csv(file)。
6. 数据添加合并
本节主要学习Pandas的一些简单基本的数据添加合并方法：concat,append。
concat合并方式类似于Numpy的concatenate方法，可横向或者竖向合并。
>>>import numpy as np
>>>import pandas as pd
>>> df1=pd.DataFrame(np.ones((3,4))*0,columns=['a','b','c','d'])
>>> df2=pd.DataFrame(np.ones((3,4))*1,columns=['a','b','c','d'])
>>> df3=pd.DataFrame(np.ones((3,4))*2,columns=['a','b','c','d'])
>>>res=pd.concat([df1,df2,df3],axis=0)
# axis=0表示按行堆叠合并，axis=1表示按列左右合并
>>>res
a b c d
0 0.0 0.0 0.0 0.0
1 0.0 0.0 0.0 0.0
2 0.0 0.0 0.0 0.0
0 1.0 1.0 1.0 1.0
1 1.0 1.0 1.0 1.0
2 1.0 1.0 1.0 1.0
0 2.0 2.0 2.0 2.0
1 2.0 2.0 2.0 2.0
2 2.0 2.0 2.0 2.0
>>>
# 使用ignore_index=True参数可以重置行标签
>>>res=pd.concat([df1,df2,df3],axis=0,ignore_index=True)
>>>res
a b c d
0 0.0 0.0 0.0 0.0
1 0.0 0.0 0.0 0.0
2 0.0 0.0 0.0 0.0
3 1.0 1.0 1.0 1.0
4 1.0 1.0 1.0 1.0
5 1.0 1.0 1.0 1.0
6 2.0 2.0 2.0 2.0
7 2.0 2.0 2.0 2.0
8 2.0 2.0 2.0 2.0
join参数提供了更多样化的合并方式。join=outer为默认值,表示将几个合并的数据都用上，具有相同列标签的合二为一，上下合并，不同列标签的独自成列，原来没有数值的位置以NaN填充；join=inner则只将具有相同列标签的(行)列上下合并，其余的列舍弃。简言之，outer代表并集，inner代表交集**。
>>>import numpy as np
>>>import pandas as pd
>>>df1=pd.DataFrame(np.ones((3,4)),index=[1,2,3],columns=['a','b','c','d'])
>>>df2=pd.DataFrame(np.ones((3,4))*2,index=[1,2,3],columns=['b','c','d','e'])
>>>res=pd.concat([df1,df2],axis=0,join='outer')
>>>res
a b c d e
1 1.0 1.0 1.0 1.0 NaN
2 1.0 1.0 1.0 1.0 NaN
3 1.0 1.0 1.0 1.0 NaN
1 NaN 2.0 2.0 2.0 2.0
2 NaN 2.0 2.0 2.0 2.0
3 NaN 2.0 2.0 2.0 2.0
>>>res1=pd.concat([df1,df2],axis=1,join='outer')
# axis=1表示按列左右合并具有相同的行标签的，其余的各成一行，NaN补齐空缺
>>>res1
a b c d b c d e
1 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0
2 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0
3 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0
>>>res2=pd.concat([df1,df2],axis=0,join='inner',ignore_index=True)
# 将具有相同列标签的列上下合并
>>>res2
b c d
0 1.0 1.0 1.0
1 1.0 1.0 1.0
2 1.0 1.0 1.0
3 2.0 2.0 2.0
4 2.0 2.0 2.0
5 2.0 2.0 2.0
join_axes参数可以设定参考系，以设定的参考来合并，参考系中没有的舍弃掉
>>>import numpy as np
>>>import pandas as pd
>>>df1=pd.DataFrame(np.ones((3,4)),index=[1,2,3],columns=['a','b','c','d'])
>>> df2=pd.DataFrame(np.ones((3,4))*2,index=[2,3,4],columns=['b','c','d','e'])
>>>res3=pd.concat([df1,df2],axis=0,join_axes=[df1.columns])
# 以df1的列标签为参考上下合并拥有相同列标签的列
>>>res3
a b c d
1 1.0 1.0 1.0 1.0
2 1.0 1.0 1.0 1.0
3 1.0 1.0 1.0 1.0
2 NaN 2.0 2.0 2.0
3 NaN 2.0 2.0 2.0
4 NaN 2.0 2.0 2.0
>>>res4=pd.concat([df1,df2],axis=1,join_axes=[df1.index])
# 以df1行标签为参考，左右合并拥有相同行标签的各列
a b c d b c d e
1 1.0 1.0 1.0 1.0 NaN NaN NaN NaN
2 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0
3 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0
append只有上下合并，没有左右合并
>>>df1=pd.DataFrame(np.ones((3,4)),index=[1,2,3],columns=['a','b','c','d'])
>>> df2=pd.DataFrame(np.ones((3,4))*2,index=[2,3,4],columns=['b','c','d','e'])
>>>res5=df1.append(df2,ignore_index=True)
>>>res5
a b c d e
0 1.0 1.0 1.0 1.0 NaN
1 1.0 1.0 1.0 1.0 NaN
2 1.0 1.0 1.0 1.0 NaN
3 NaN 2.0 2.0 2.0 2.0
4 NaN 2.0 2.0 2.0 2.0
5 NaN 2.0 2.0 2.0 2.0
7. Pandas高级合并：merge
merge合并与concat类似，只是merge可以通过一个或多个键将两个数据集的行连接起来。
merge(left, right, how='inner', on=None, left_on=None, right_on=None, left_index=False, right_index=False,
sort=False, suffixes=('_x', '_y'), copy=True, indicator=False)
参数说明：
- left与right：两个不同的DataFrame
- how：指的是合并(连接)的方式有inner(内连接),left(左外连接),right(右外连接),outer(全外连接);默认为inner
- on : 指的是用于连接的列索引名称。必须存在右右两个DataFrame对象中，如果没有指定且其他参数也未指定则以两个DataFrame的列名交集做为连接键
- left_on：左侧DataFrame中用作连接键的列名;这个参数中左右列名不相同，但代表的含义相同时非常有用。
- right_on：右侧DataFrame中用作 连接键的列名
- left_index：使用左侧DataFrame中的行索引做为连接键
- right_index：使用右侧DataFrame中的行索引做为连接键
- sort：默认为True，将合并的数据进行排序。在大多数情况下设置为False可以提高性能
- suffixes：字符串值组成的元组，用于指定当左右DataFrame存在相同列名时在列名后面附加的后缀名称，默认为('_x','_y')
- copy：默认为True,总是将数据复制到数据结构中；大多数情况下设置为False可以提高性能
- indicator：显示合并数据中来源情况；如只来自己于左边(left_only)、两者(both)
>>>import pandas as pd
>>>df1=pd.DataFrame({'key':['k0','k1','k2','k3'],'A':['a0','a1','a2','a3'],'B':['b0','b1','b2','b3']})
>>>df2=pd.DataFrame({'key':['k0','k1','k2','k3'],'C':['c0','c1','c2','c3'],'D':['d0','d1','d2','d3']})
>>> res=pd.merge(df1,df2,on='key',indicator=True)
>>>res
A B key C D _merge
0 a0 b0 k0 c0 d0 both
1 a1 b1 k1 c1 d1 both
2 a2 b2 k2 c2 d2 both
3 a3 b3 k3 c3 d3 both
依据行index合并与依据列key合并用法类似
>>>res2=pd.merge(df1,df2,left_index=True,right_index=True,indicator=True) >>>res2 A B key_x C D key_y _merge 0 a0 b0 k0 c0 d0 k0 both 1 a1 b1 k1 c1 d1 k1 both 2 a2 b2 k2 c2 d2 k2 both 3 a3 b3 k3 c3 d3 k3 both
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持【听图阁-专注于Python设计】。
