数据分析与AI(六)pandas数据处理/数据聚合/绘图函数

た入场券 2022-05-22 09:07 217阅读 0赞

# pandas数据处理 #

import pandas as pd
    import numpy as np
    
    from pandas import Series, DataFrame
    pd.__version__ 
    # 就是pandas模块，对一些汉字，处理不好，版本会继续升级的
    # 结果:'0.22.0'

## 1、删除重复元素 ##

### 使用duplicated()函数检测重复的行，返回元素为布尔类型的Series对象，每个元素对应一行，如果该行不是第一次出现，则元素为True¶ ###

# age 11, 12, 13, 14 , 15, 17 ,17
    # 在mysql中有属性表, 城市, 省份, 城市的名字只能是唯一, 唯一键的效率低
    # 如果有属性数据重复, 那么pandas拿到的就是一个带有数据冗余的表
    
    df = DataFrame({
       'color':['white','red','white'], 'size':[10,20,10]})
    df

![这里写图片描述][70]

# 检查的是不是重复值, 不是就返回false, 是重复的就返回true
    df.duplicated()
    # 结果如下:
    0    False
    1    False
    2     True
    dtype: bool

### 使用drop\_duplicates()函数删除重复的行 ###

df.drop_duplicates()
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 1]

### 如果使用pd.concat(\[df1,df2\],axis = 1)生成新的DataFrame，新的df中columns相同，使用pandas低版本使用duplicate()和drop\_duplicates()都会出问题 ###

df2 = pd.concat([df,df], axis=1)
    df2
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 2]

df2.duplicated()
    # 结果如下:
    0    False
    1    False
    2     True
    dtype: bool

df2.drop_duplicates()
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 3]

# 如果真的出现了两列完全相同, 那么我们该怎么删除列
    df3 = df2.drop_duplicates().T
    df3
    # 如何删除相同的行和列

![这里写图片描述][70 4]

df3.drop_duplicates().T
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 5]

## 2. 映射 ##

映射的含义：创建一个映射关系列表，把values元素和一个特定的标签或者字符串绑定

需要使用字典：

`map = { 'label1':'value1', 'label2':'value2', ... }`

包含三种操作：

*  replace()函数：替换元素
 *  最重要：map()函数：新建一列
 *  rename()函数：替换索引

### 1) replace()函数：替换元素 ###

df
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 6]

d = {
       'white':255, 'red':128}
    df.replace(to_replace=d)
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 7]

df['size'][0] = np.nan
    df
    # map也可以用来检索文章中的敏感字
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 8]

### 使用replace()函数，对values进行替换操作 ###

作用：  
数据处理时，需要将，String类型转换成int，然后才可以进行计算机运算  
性别，男：0；女：1

### 首先定义一个字典 ###

### 调用.replace() ###

### replace还经常用来替换NaN元素 ###

# 我们的表中. 如果有nan, 有就填充0, fillna(), 现在用map进行操作
    d = {np.nan:0}
    df.replace(d)
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 9]

### 2) map()函数：新建一列 ###

使用map()函数，由已有的列生成一个新列

适合处理某一单独的列。

df2 = DataFrame(np.random.randint(0,150,size=(4,2)), 
                    columns=['Python', 'Java'], index=list('abcd'))
    df2
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 10]

# 使用map函数新建一列
    # 生成一个Math的列
    
    df2['Math'] = df2['Python'].map(lambda x : x + 20)
    df2
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 11]

def level(x):
        if x > 100:
            return '完美'
        elif x < 100 and x >= 80:
            return '优秀'
        elif x < 80 and x >= 60:
            return '及格'
        else:
            return '不及格'
    # 用数学成绩判断标准
    df2['level'] = df2['Math'].map(level)
    df2
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 12]

### 仍然是新建一个字典 ###

### map()函数中可以使用lambda函数 ###

### transform()和map()类似 ###

transform是变形的意思

transform中的值只能是一个function

df2['Math'] = df2['Math'].transform(lambda x:x + np.random.randint(0, 50, size=1)[0])
    df2
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 13]

# 删除level列
    df2.drop('level', axis=1, inplace=True)
    df2
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 14]

# 我们在pandas中map和transfrom最大的区别就是一个可以使用dict, 一个不能使用
    df2['level'] = df2['Java'].transform(level)
    df2

![这里写图片描述][70 15]

### 3) rename()函数：替换索引 ###

仍然是新建一个字典

使用rename()函数替换行索引

# df2.index[0] = '张三' 这种替换方式是错误的
    # rename 要替换的索引存在则替换, 不存在就不管
    df2.rename({
       'a':'张三','Python':'大蟒蛇'}, axis=1)
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 16]

# rename中的参数值可以是一个func
    def index_rename(item):
        if item == 'a':
            return '张三'
        else:
            return '李四'
    df2.rename(index_rename)
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 17]

### 3. 异常值检测和过滤 ###

使用describe()函数查看每一列的描述性统计量

# 数据中比较大的, 或者特别小的, 都可以认为是异常值
    # 大头儿子和小偷爸爸都算是人类中的异常值
    # NaN也是异常值
    
    df3 = DataFrame(np.random.randint(0,150,size=(10,4)), 
                    columns=['Python','Java','PHP','VR'])
    df3
    # 结果如下

![这里写图片描述][70 18]

df3.describe()
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 19]  
使用std()函数可以求得DataFrame对象每一列的标准差

df3.std()
    # 结果如下:
    Python    28.436284
    Java      44.721484
    PHP       36.054896
    VR        40.832993
    dtype: float64

根据每一列的标准差，对DataFrame元素进行过滤。

借助any()函数, 测试是否有True，有一个或以上返回True，反之返回False

对每一列应用筛选条件,去除标准差太大的数据

# 大于70的数据,我们认定为异常值
    cond1 = df3 >= 70 
    cond2 = cond1.all(axis=1) # 如果所有的值都为True, 才返回True
    df3[cond1]
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 20]  
删除特定索引df.drop(labels,inplace = True)

### 4. 排序 ###

使用.take()函数排序

可以借助np.random.permutation()函数随机排序

# 生成指定大小的矩阵
    np.random.permutation(5)
    # 结果:array([0, 3, 2, 1, 4])

df2
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 21]

# 倒叙排序
    df2.iloc[::-1]
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 22]

# 通过手写的方式将矩阵进行颠倒
    df2.take([3,2,1,0])
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 23]

# 怎么进行一个随机的排序
    df2.take(np.random.permutation(4), axis=1)

![这里写图片描述][70 24]

### 随机抽样 ###

当DataFrame规模足够大时，直接使用np.random.randint()函数，就配合take()函数实现随机抽样

df4 = DataFrame(np.random.randint(0,150,size=(10,4)),
                   columns=['Python','Java','Math','China'])
    df4
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 25]

df4 = DataFrame(np.random.randint(0,150,size=(1000,4)), 
                    columns=['Python','Java','Math','China'])
    # 抽取1000行当中的50个
    # 公司年会可以做一个抽奖系统
    df4.take(np.random.randint(0,1000,size=50))

## 5. 数据聚合【重点】 ##

数据聚合是数据处理的最后一步，通常是要使每一个数组生成一个单一的数值。

数据分类处理：

*  分组：先把数据分为几组
 *  用函数处理：为不同组的数据应用不同的函数以转换数据
 *  合并：把不同组得到的结果合并起来

数据分类处理的核心： groupby()函数

groupby() 在整个pandas中也担任分组的重担

如果想使用color列索引，计算price1的均值，可以先获取到price1列，然后再调用groupby函数，用参数指定color这一列

使用.groups属性查看各行的分组情况：

df5 = DataFrame({
       'item':['萝卜','白菜','西红柿','辣椒','冬瓜','萝卜','西红柿','白菜','西红柿','辣椒','冬瓜'],
                    'seller':['李大妈','李大妈','李大妈','王大妈','王大妈','王大妈','王大妈','赵大妈','赵大妈','赵大妈','赵大妈'],
                    'price':np.random.randint(3,10,size=11)},
                   columns = ['item','seller','price'])
    df5
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 26]

# 首先是分组, 然后是找出一个最小值
    # 找出各种蔬菜中最便宜的
    df5.groupby(['item']).min()
    # 找出各种蔬菜中最贵的
    df5.groupby(['item']).max()

# 求平均值, 并且添加前缀
    
    mean_price = df5.groupby(['item']).mean().add_prefix('mean_')
    mean_price
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 27]

# 把得到的平均值融合到原表中
    # left_on 设定左边表的关联列, 右表对齐, 多对多
    df6 = pd.merge(df5,mean_price, left_on='item', right_index=True)
    df6
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 28]

# 先求一个平方差, 求各个蔬菜的价格波动
    price_std = df5.groupby(['item']).std().add_prefix('std_')
    price_std
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 29]

# 将蔬菜的波动值融合到原数据中
    df7 = pd.merge(df6, price_std, left_on='item',right_index=True)
    df7
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 30]

# std()标准平方差, 看数据的波动, 描述情况
    def std_price(std_p):
        if std_p >= 2.5:
            return '价格太坑'
        elif 1 < std_p < 2.5:
            return '价格稳定'
        else:
            return '良心菜价'

# map()
    # 将各个蔬菜的价格情况添加为一列
    df7['std_p'] = df7['std_price'].map(std_price)
    df7
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 31]

## 6.0 高级数据聚合 ##

可以使用pd.merge()函数将聚合操作的计算结果添加到df的每一行  
使用groupby分组后调用加和等函数进行运算，让后最后可以调用add\_prefix()，来修改列名

### 可以使用transform和apply实现相同功能 ###

在transform或者apply中传入函数即可

# 将各个蔬菜的价格求和
    df7.groupby(['item'])['price'].sum()
    # 结果如下:
    item
    冬瓜     11
    白菜     14
    萝卜     12
    西红柿    17
    辣椒     10
    Name: price, dtype: int32

df7.groupby(['item'])['price'].transform(sum)
    # 结果如下:
    0     12
    5     12
    1     14
    7     14
    2     17
    6     17
    8     17
    3     10
    9     10
    4     11
    10    11
    Name: price, dtype: int32

### transform()与apply()函数还能传入一个函数或者lambda ###

df = DataFrame({'color':['white','black','white','white','black','black'],
                   'status':['up','up','down','down','down','up'],
                   'value1':[12.33,14.55,22.34,27.84,23.40,18.33],
                   'value2':[11.23,31.80,29.99,31.18,18.25,22.44]})

apply的操作对象，也就是传给lambda的参数是整列的数组

# np.mean()
    
    # apply 与 transform最大的区别, 在于transform做了循环(交叉表)
    df7.groupby(['item'])['price'].apply(sum)
    # 结果:
    item
    冬瓜     11
    白菜     14
    萝卜     12
    西红柿    17
    辣椒     10
    Name: price, dtype: int64

df7.groupby(['item'])['price'].apply(np.mean)
    # 结果是:
    item
    冬瓜     5.500000
    白菜     7.000000
    萝卜     6.000000
    西红柿    5.666667
    辣椒     5.000000
    Name: price, dtype: float64

# 绘图函数 #

Series和DataFrame都有一个都有一个生成各类图标的plot方法，默认情况下锁生成的都是线形图

# java php
    
    # python golang mysql redis mongo http 设计模式(和python没什么大的联系, python讲究的是简洁,
    # 而这个指的是多分类)
    
    # 引导别人
    import numpy as np
    import pandas as pd
    
    from pandas import Series, DataFrame
    
    # matplotlib不引入, 在调用plot()时候不会报错, 但是图片也显示不出来
    # pandas和matplotlib进行了深度的合作
    import matplotlib.pyplot as plt

# 线形图 #

简单示例:Series图例表示.plot()

s = Series(np.random.randint(0,20,size=10))
    s
    # 结果:
    0     7
    1    15
    2    14
    3     5
    4    10
    5    11
    6     7
    7    12
    8     4
    9    14
    dtype: int32

s.plot()
    # 结果是:

![这里写图片描述][70 32]  
简单的DataFrame图标实例.plot()

df = DataFrame(np.random.randint(0,150,size=(5,4)),
                   columns=['Python','Java','PHP','Ruby'])
    df.plot()
    # 结果是:

![这里写图片描述][70 33]

### 柱状图 ###

#### DataFrame柱状图例 ####

df.plot(kind='bar')

![这里写图片描述][70 34]

df.plot(kind='barh')
    # 结果是:

![这里写图片描述][70 35]  
读取tips.csv，查看每天聚会人数，每天各种聚会规模的比例饿 求和并df.sum()，注意灵活使用axis()

tip = pd.read_csv('../data/tips.csv')
    tip
    
    
    # 行 代表的是星期几
    # 列 代表的是几个人一起去吃饭
    # 结果是:

![这里写图片描述][70 36]  
将第一列day数据编程行索引set\_index

tip.set_index(keys='day',inplace=True)
    tip
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 37]

tip.plot(kind='bar')
    # 结果是:

![这里写图片描述][70 38]

# 将不重要的数据去除掉
    tip.drop(axis=1,labels=['1','6'],inplace=True)
    tip.plot(kind='bar')
    # 下课自己去尝试一下

![这里写图片描述][70 39]

# 还能用什么方法保留2-5之间的数据
    tip.iloc[:,2:5].plot(kind='bar')
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 40]

## 直方图 ##

random生成随机直方图，调用hist()方法

nd = np.random.randint(0, 10, size=10)
    nd
    # 结果:array([4, 1, 8, 7, 5, 0, 4, 3, 6, 1])

s = Series(nd)
    # binds 默认值是10 值越大,条越细
    s.hist(bins=100)

![这里写图片描述][70 41]  
随机百分比密度图

# density 密度
    s.plot(kind='kde')
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 42]  
这两张表经常会被画在一起，直方图以规格形式给出（以便画出密度图），然后在再其上绘制核密度估计。

接下来看看一个由两个不同de 标准正太正太分布组成的双峰分布。

np.random.normal()正太分布函数

直方图hist，函数中心必须添加属性normed = True

nd1 = np.random.normal(loc=15,scale=5,size=1000)
    nd2 = np.random.normal(loc=-5,scale=1,size=1000)
    nd3 = np.concatenate([nd1,nd2])
    nd3
    # 结果是:array([11.58565851, 13.64360712, 14.05157839, ..., -5.2255662 ,
    # -4.84837998, -4.67554639])

s8 = Series(nd3)
    # 密度图
    s8.plot('kde')
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 43]

s8.hist(bins=70)
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 44]

s8.plot('kde')
    # 怎么解决密度线趴下来的问题
    
    # normed 统一的, 是将数据归一化
    s8.hist(bins=70, normed=True)

![这里写图片描述][70 45]

## 散布图 ##

df = DataFrame(np.random.randint(0,150,size=(10,3)), 
                   columns=['Python','Java','PHP'])
    df
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 46]

df['C++'] = df['Python'] * 1.2
    df
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 47]  
散布图 散布图是观察两个一维数据列之间的关系的有效方法

注意是用kind=’scatter’ ， 给标签columns

# scatter是散布图, 可以找到两组数据之间的关系
    df.plot(kind='scatter', x='Python', y='Java')
    # 结果如下:

![这里写图片描述][70 48]

# 因为Python的成绩和C++的成绩是相关联的, 所以分布图都在一条直线上 df.plot(kind='scatter', x='Python', y='C++')

![这里写图片描述][70 49]

散布图矩阵，当有多个时，两两点之间的联系

函数：pd.plotting.scatter\_matrix(),注意参数diagnol:对角线

pd.plotting.scatter_matrix(df, figsize=(12,9), diagonal='kde')
    
    # 散布图可以让我们找到两列数据之间的关系,
    # 1. 如果数据量太小, 两列数据没有关系, 加大数据量, 又会形成关系
    # 2. 并不是说数据量越大, 两列之间的关系就会越明确, 在数据量过大的情况下, 关系会发生改变

![这里写图片描述][70 50]

[70]: /images/20220522/98cbec6d2ef54864a27829afefc2362f.png
[70 1]: /images/20220522/2196a2d2a71d481989f213e044d15542.png
[70 2]: /images/20220522/a1f8c58c6304402f9ae0329412c85f80.png
[70 3]: /images/20220522/9cac867351634d7d885d76d716516753.png
[70 4]: /images/20220522/a6566bbcd07e43559ca330dbdc411eb9.png
[70 5]: /images/20220522/ace3a0d63c7d44b38eeba408edad488f.png
[70 6]: /images/20220522/a32d7fad03304783a60aba6f10516195.png
[70 7]: /images/20220522/376f830527ec46f4bccf75f5a6275ab9.png
[70 8]: /images/20220522/4ad6fa4b562b472d8fc3fba97fcb642f.png
[70 9]: /images/20220522/0fd3f99ea8654998a8a18dd19991ee26.png
[70 10]: /images/20220522/49272cc36adb44aaba4e3a4d309ba015.png
[70 11]: /images/20220522/bec50ba164824e61b580f8cc207f5156.png
[70 12]: /images/20220522/92d3fa0602b84b4a9065f511151dd9ff.png
[70 13]: /images/20220522/4ca26605760a4c67836e9eae3ed08cbc.png
[70 14]: /images/20220522/05227d964da44690b71d8432273211ac.png
[70 15]: /images/20220522/26b7d61cdfbd43219532371daadf12d4.png
[70 16]: /images/20220522/71466cfecb704057a1e34e2ae3e1ed29.png
[70 17]: /images/20220522/043d1b32949e45f0a3088c8fa8ce8b1e.png
[70 18]: /images/20220522/5796228024894cbb9a518f0b0e6ff7e4.png
[70 19]: /images/20220522/459a62e1095e4ac981e406146a88b1d9.png
[70 20]: /images/20220522/6280b43417e046c789764dc0d12ed37d.png
[70 21]: /images/20220522/1dc0ea10938b4f3f917b2130a97bb4e1.png
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