Pandas： Python界的Excel

亦凉 2023-06-14 05:23 4阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  Pandas： Python界的Excel
 *   *  前言
     *  Excel vs. Pandas
     *   *  基本概念
         *   *  导入数据
         *  导出数据
         *   *  表格
             *  行
             *  列
             *  单元格
         *  基本操作
         *   *  插入行
             *  插入列
             *  删除行
             *  删除列
         *  数据操作
         *   *  筛选
             *  排序
             *  唯一值
             *  删除重复值
             *  空值处理
             *  转换数据类型
         *  函数
         *  数据透视表（分类统计）
         *   *  分类求和
             *  分类计数
             *  分类平均值
             *  分类最大值
             *  分类最小值
     *  Pandas教程
     *  参考文档

# Pandas： Python界的Excel #

## 前言 ##

在日常工作中使用Excel可以非常方便地进行数据分析，但是在数据量变大时（超过10000行）时Excel会变得很慢，并且Excel分析出来的数据难以给其它程序（比如用于机器学习的模型训练）使用。

本文以Excel的角度来对照Pandas的相应功能，以帮助快速掌握Pandas进行数据分析。

## Excel vs. Pandas ##

在Jupyter Notebook中引入Pandas库：

import pandas as pd
    from pandas import DataFrame, Series

### 基本概念 ###

#### 导入数据 ####

# 默认UTF-8编码
    df = pd.read_csv('./data.txt')
    
    # 打开中文乱码时，可尝试通过指定编码来解决
    df = pd.read_csv('./汽车销量.csv', encoding='GB18030')

样例数据：[汽车销量.csv][.csv]

当数据中含有长编码时，Pandas会将该字段作为数值来处理，如果数据中含有空数据的行，Pandas会将该字段作为float64，从而导致长编码后面加上`.0`。  
解决该问题的方法是导入数据时，指定列的数据类型：

# 将code列设置为字符串（np.object_），将num列设置为浮点数（np.float64）
    df = pd.read_csv('./data.txt', 
    				dtype={ 'code1':pd.np.object_, 'code2':pd.np.object_, 'code3':pd.np.object_, 'num1':pd.np.float64, 'num2':pd.np.float64 })

导入数据后，执行`df.info()`检查列的格式是否正确。

在导入数据时也可以通过`usecols`参数指定只导入特定的列：

df = pd.read_csv('./data.txt', usecols = ['code1', 'code3'])

重命名列：

df = df.rename(columns={ 'code1': '代码1', 'num1': '数值1'}, errors='raise')

设置索引列：

df = df.set_index('车型', drop=False)

> 如果不指定索引列，默认索引列为一个从0开始递增的自然数数列。

### 导出数据 ###

# 默认使用UTF-8编码
    df.to_csv('./out.csv', index=None)
    
    # 指定GB18030编码
    df.to_csv('./out.csv', index=None, encoding='GB18030')
    
    # 遇到小数导出后精度问题，可以通过指定保留的小数位数来解决，比如保留5位小数
    df.to_csv('./out.csv', index=None, float_format='%.5f')

#### 表格 ####

Excel中的”表格“对应Pandas库的DataFrame:

查看表格头10条记录：

df.head(10)

查看表格尾10条记录：

df.tail(10)

查看表格10条抽样记录：

df.sample(10)

查看表格缩略数据：

查看表格统计数据：

df.describe()

查看表格的行数和列数：

df.shape
    # 行数
    df.shape[0]
    # 列数
    df.shape[1]

#### 行 ####

Excel中的”行“对应Pandas的DataFrame的一个切片（Slice）：

> 注意：Pandas的行号从0开始。

**根据行标签选取行：**

“车型”为“丰田卡罗拉”的行：

df[df['车型'] == '丰田卡罗拉']
    # 或
    df.loc['丰田卡罗拉']

"车型“为”大众朗逸“和”大众速腾“的行：

df[df['车型'].isin(['大众朗逸','大众速腾'])]
    # 或
    df.loc[['大众朗逸','大众速腾']]

**根据行号选取行：**

第1行：

df[:1]
    # 或
    df.iloc[0]

前3行：

df[:3]
    # 或
    df.iloc[:3]

第5行到第10行：

df[4:10]
    # 或
    df.iloc[4:10]

第8行：

df[7:8]
    # 或
    df.iloc[7]

后3行：

df[-3:]
    # 或
    df.iloc[-3:]

#### 列 ####

Excel中的”列“对应Pandas的Series:

**根据列名选取列：**

”车型“一列：

df['车型']
    # 或
    df.车型
    # 或
    df.loc[:, '车型']

”车型“和”销量“两列：

df[['车型','销量']]
    # 或
    df.loc[: , ['车型','销量']]

从”车型“到”销量“的所有列：

df.loc[: , '车型':'销量']

**根据列号选取列**

第1列：

df.iloc[:, :1]

从第2到第3列：

df.iloc[:, 1:3]

最后1列：

df.iloc[:, -1:]

#### 单元格 ####

Excel中的”单元格“对应Pandas的DataFrame的一个切片（Slice）：

**根据行标签和列名选取一个或多个单元格：**

"吉利博瑞"的”销量“：

df.loc['吉利博瑞','销量']

"吉利博瑞"的"厂商"和”销量“：

df.loc['吉利博瑞',['厂商','销量']]

"大众迈腾"和"大众捷达"的"厂商"和”销量“：

df.loc[['大众迈腾','大众捷达'],['厂商','销量']]

"吉利博瑞"的从"厂商"到”销量“列：

df.loc['吉利博瑞','厂商':'销量']

**根据行号和列号选取一个或多个单元格：**

第1行第2列：

df.iloc[0,1]

第5行到第10行的第2列到第3列：

df.iloc[4:10, 1:3]

### 基本操作 ###

#### 插入行 ####

复制“DS 5”行，插入到最后：

df2 = df.append(df.loc['DS 5'])

#### 插入列 ####

复制”销量“列，插入到最后，新列名为”备注“：

df['备注'] = df['销量']

在最前面新增一列”排名“，从1开始自动填充该列：

df.insert(0, "排名", range(1, len(df) + 1))

#### 删除行 ####

删除”DS 5"行：

df.drop('DS 5', axis=0)

#### 删除列 ####

删除”备注“列：

df.drop(columns='备注')
    # 或
    df.drop('备注', axis=1)

### 数据操作 ###

#### 筛选 ####

厂商为“东风日产”的记录：

df[df['厂商'] == '东风日产']

厂商为“东风日产”的总销量：

df[df['厂商'] == '东风日产']['销量'].sum()

厂商为“东风日产”的平均销量：

df[df['厂商'] == '东风日产']['销量'].mean()

厂商为“东风日产”的计数：

df[df['厂商'] == '东风日产']['销量'].count()

厂商为“东风日产”的最大销量：

df[df['厂商'] == '东风日产']['销量'].max()

厂商为“东风日产”的最小销量：

df[df['厂商'] == '东风日产']['销量'].min()

多选：厂商为“一汽大众”和“一汽丰田”的记录：

df[df['厂商'].isin(['一汽大众', '一汽丰田'])]

反选：厂商不为“上汽通用”的记录：

df[df['厂商'] != '东风日产']

反选：厂商不为“一汽大众”和“一汽丰田”的记录：

# Python使用波浪号~表示“非”操作
    df[~df['厂商'].isin(['一汽大众', '一汽丰田'])]
    
    # 或
    df[df['厂商'].isin(['一汽大众', '一汽丰田']) == False]

#### 排序 ####

升序排序：

df.sort_values('销量', ascending=True, inplace=True)

降序排序：

df.sort_values('销量', ascending=False, inplace=True)

#### 唯一值 ####

”厂商“列的唯一值：

# unique array
    df['厂商'].unique()
    
    # size of unique array
    len(df['厂商'].unique())

#### 删除重复值 ####

先故意插入两个重复行：

df2 = df.append(df.iloc[-2:])

重复记录数：

df2.duplicated().sum()

显示重复记录：

df2[df2.duplicated()]

删除重复记录：

df2.drop_duplicates(inplace=True)

#### 空值处理 ####

**空字符串：**

先故意将“DS 5"和"一汽骏派A70E"的厂商设为空字符串`''`：

df2.loc['DS 5', '厂商'] = ''
    df2.loc['一汽骏派A70E', '厂商'] = ''

空字符串记录数：

(df2['厂商'].astype(bool) == False).sum()

查找空字符串记录：

df2[df2['厂商'].astype(bool) == False]

**空值：**

替换空字符串为NaN：

df2['厂商'].replace('', pd.np.nan, inplace=True)

替换后NaN记录数：

df2['厂商'].isna().sum()

查找NaN记录数：

df2[df2['厂商'].isna()]

删除NaN记录：

df2.dropna(subset=['厂商'], inplace=True)

替换NaN记录：

df2['厂商'].fillna(value='Unknown', inplace=True)

#### 转换数据类型 ####

查看各列的数据类型：

df.dtypes

转换成数值：

s = pd.Series(['apple', '1.0', '2', -3])
    
    # 忽略不是数值的值
    s2 = pd.to_numeric(s, errors='ignore')
    
    # 将不是数值的值替换成NaN
    s2 = pd.to_numeric(s, errors='coerce')
    
    # 转换时作类型转换（降低精度）
    s2 = pd.to_numeric(s, errors='coerce', downcast='float')

转换成日期：

s = pd.Series(['3/11/2000', '3/12/2000', '3/13/2000'])
    
    # 将不是日期的值替换成NaT
    s2 = pd.to_datetime(s, errors='coerce')

转换成字符串：

s3 = s2.astype(str)

### 函数 ###

新增”销量过万车型“列，对销量过万的车型该列值为Y：

def sales_flag(value):
        if value >= 10000:
            return 'Y'
        else:
            return 'N'
    
    df2['销量过万车型'] = df2['销量'].apply(sales_flag)

查看销量过万车型：

df2[df2['销量过万车型'] == 'Y']

### 数据透视表（分类统计） ###

#### 分类求和 ####

按”厂商“统计销量：

df.groupby('厂商')['销量'].sum()
    # 或
    df.pivot_table(index='厂商', values='销量', aggfunc='sum')

#### 分类计数 ####

按”厂商“统计记录数：

df['厂商'].value_counts()
    # 或
    df.groupby('厂商')['销量'].count()

#### 分类平均值 ####

按”厂商“统计平均销量：

df.groupby('厂商')['销量'].mean()

#### 分类最大值 ####

按”厂商“统计最高销量：

df.groupby('厂商')['销量'].max()

#### 分类最小值 ####

按”厂商“统计最低销量：

df.groupby('厂商')['销量'].min()

> TODO: 更多的分类统计场景

## Pandas教程 ##

*  [Pandas中文网教程][Pandas]
 *  [十分钟入门Pandas][Pandas 1]
 *  [10 minutes to Pandas][]
 *  [Pandas Cookbook 中文版][Pandas Cookbook]
 *  [Pandas Cookbook][Pandas Cookbook 1]

## 参考文档 ##

*  [https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/][https_pandas.pydata.org_pandas-docs_stable]
 *  [https://pythonexamples.org/pandas-examples/][https_pythonexamples.org_pandas-examples]
 *  [https://ipspecialist.net/pandas-vs-excel/][https_ipspecialist.net_pandas-vs-excel]
 *  [https://towardsdatascience.com/intro-to-pandas-for-excel-super-users-dac1b38f12b0][https_towardsdatascience.com_intro-to-pandas-for-excel-super-users-dac1b38f12b0]
 *  [https://pythonhow.com/accessing-dataframe-columns-rows-and-cells/][https_pythonhow.com_accessing-dataframe-columns-rows-and-cells]
 *  [50道练习带你玩转Pandas][50_Pandas]

[.csv]: https://github.com/cookcodeblog/machine-learning/tree/master/data/pandas_demo/%E6%B1%BD%E8%BD%A6%E9%94%80%E9%87%8F.csv
[Pandas]: https://www.pypandas.cn/docs/getting_started/tutorials.html
[Pandas 1]: https://www.pypandas.cn/docs/getting_started/10min.html
[10 minutes to Pandas]: https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/getting_started/10min.html
[Pandas Cookbook]: https://www.pypandas.cn/docs/user_guide/cookbook.html#%E6%83%AF%E7%94%A8%E8%AF%AD
[Pandas Cookbook 1]: https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/user_guide/cookbook.html
[https_pandas.pydata.org_pandas-docs_stable]: https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/
[https_pythonexamples.org_pandas-examples]: https://pythonexamples.org/pandas-examples/
[https_ipspecialist.net_pandas-vs-excel]: https://ipspecialist.net/pandas-vs-excel/
[https_towardsdatascience.com_intro-to-pandas-for-excel-super-users-dac1b38f12b0]: https://towardsdatascience.com/intro-to-pandas-for-excel-super-users-dac1b38f12b0
[https_pythonhow.com_accessing-dataframe-columns-rows-and-cells]: https://pythonhow.com/accessing-dataframe-columns-rows-and-cells/
[50_Pandas]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/94096219