Pandas介绍

Posted 2023-04-18

参考技术A

首先，需要先安装numpy和pandas环境，参考： https://pandas.pydata.org/
。以下语句检查并确认安装成功。

Pandas 有三种基本数据结构：Series、DataFrame 和 Index。

Pandas 的 Series 对象是一个带索引数据构成的一维数组。Series 对象将一组数据和一组索引绑定在一起，我们可以通过 values 属性和 index 属性获取数据。values 属性返回的结果与 NumPy 数组类似；index 属性返回的结果是一个类型为 pd.Index 的类数组对象。
可以像访问Numpy那样来访问Series（序号也是从0开始计数的）。

Pandas 的 Series 对象比Numpy更加灵活、通用。
两者的主要区别是：NumPy 数组通过 隐式定义 的整数索引获取数值，而 Pandas 的 Series 对象用一种 显式定义 的索引与数值关联。也就是说，Numpy的索引是系统自分配的无法更改，但是Series对象是可以手工指定的。

Series是 特殊的字典 ，Series 对象其实是一种将类型键映射到一组类型值的数据结构，Pandas Series 的类型信息使得它在某些操作上比 Python 的字典更高效。用字典创建 Series 对象时，其索引默认 按照顺序排列 。

DataFrame类似于RDBMS中的Table。DataFrame就可以看作是一种既有灵活的行索引，又有灵活列名的二维数组。
DataFrame有2个常用属性，分别是 index 属性 和 columns 属性 。前者可以获取索引标签（行标签）；后者是是存放列标签的Index 对象。DataFrame 是特殊的字典，一列映射一个Series 的数据。
DataFrame可以通过以下几种方式来创建：（1）通过单个 Series 对象创建。（2）通过字典列表创建。（3）通过 Series 对象字典创建。（4）通过NumPy 二维数组创建。（5）通过 NumPy 结构化数组创建。

可以将Index视为一个不可变数组或有序集合。当作为不可变数组时，一般数组的访问方式（例如切片等）对Index适用，与数组的最大区别是 Index对象不可更改 。当作为集合时，Index也可以做交集、并集等常规操作。

Series的访问既可以作为字典，也可以作为一维数组。数据访问的方法，可以参考Numpy的访问方式，这里不赘述。

如果Series的显式索引是整数，那么在访问时，很容易混淆。例如下边的例子：

从上边的例子总结得出，python的默认规则是：在单个访问时，使用的显式索引，而在切片时，使用的是隐式索引，很容易混淆！python提供了loc、iloc和ix三种索引器。
loc表示：表示取值和切片都是显式的。iloc 属性，表示取值和切片都是隐式索引。ix是loc和iloc的混合形式，应用于dataFrame（使用例子在3.3节）。

dataframe可以通过对列名进行字典形式（dictionary-style）的取值获取数据。可以把 DataFrame 看成是一个增强版的二维数组，用 values 属性按行查看数组数据。ix 索引器对于整数索引的处理和之前在 Series 对象中介绍的一样，都容易让人混淆。

对于一元运算（像函数与三角函数），这些通用函数将在输出结果中保留索引和列标签（很简单，所有元素做相应运算并返回）；而对于二元运算（如加法和乘法），Pandas 在传递通用函数时会自动 对齐索引 进行计算。
当在两个 Series 或 DataFrame 对象上进行二元计算时，Pandas 会在计算过程中对齐两个对象的索引。如果想给缺失数值指定一个默认值，需要使用add来替代+，并指定fill_value：

两个对象的行列索引可以是不同顺序的，结果的索引会自动按顺序排列。

DataFrame 和 Series 的运算规则，与NumPy 中二维数组与一维数组的运算规则是一样的。需要使用广播原则，那么默认地，会按行计算。如果想要按列运算，需要使用参数axis = 0 。

注意：DataFrame访问行可以使用loc，但是访问列，只能是df[\'col\']这种形式了。

缺失值有三种形式：null、NaN 或 NA。
处理缺失值，一般有两种方法：一种方法是通过一个覆盖全局的掩码表示缺失值，另一种方法是用一个标签值（sentinel value）表示缺失值。
掩码是利用一个跟原来一样大小的矩阵，用0或者1表示某个元素缺失。标签值是利用一个特殊字符例如NaN表示缺失。
Pandas 选择用标签方法表示缺失值，包括两种 Python 原有的缺失值： 浮点数据类型（包括整型） 的 NaN 值，以及 Python的 None 对象 。

使用None时，表示一个空的python对象，所以numpy的dtype=object，因为是对象所以在进行大批量计算时，效率会比标量低。使用np.nan时表示标量，效率会高很多。

对于缺失值，pandas提供了几个有用的API方法，分别是：isnull()，notnull()，dropna()，fillna()。其中，对于dataframe，dropna()方法默认会将包含NaN的整行都drop掉，如果想按照整列drop，增加axis=1参数。

pandas的MultiIndex提供了多级索引的功能，用元组表示是多级索引的基础。

下面例子，使用元组索引生成Series。筛选2019的索引，非常繁琐。

Pandas 的 MultiIndex 类型提供多种实现方法，下边例子使用元组表示实现。
unstack() 方法可以快速将一个多级索引的 Series 转化为普通索引的DataFrame。stack() 方法实现相反的效果。

总结一下，创建多级索引的方法包括：
(1)通过一个有不同等级的若干简单数组组成的列表来构建 MultiIndex：pd.MultiIndex.from_arrays。
(2) 多个索引值的元组构成的列表创建 MultiIndex：pd.MultiIndex.from_tuples。
(3)用两个索引的笛卡尔积创建MultiIndex：pd.MultiIndex.from_product。
(4)直接提供 levels和labels创建 MultiIndex（lablels是指每个级别的整数指定每个位置）：

上边的例子中，不管是Series还是DataFrame都是按照行来进行多级索引，其实，也可以按列索引，而且非常简单，下边是一个例子（几个学生在2018和2019两次考试的不同科目成绩）：

需要对多级索引做显示切片操作时，可以使用pd.IndexSlice对象来切，不同级别的维度，拿逗号分割，例如下边例子中的df_sd_003.loc[idx_sd[2018,:],idx_sd[\'Alice\',:]]。其他切片和取值操作与Numpy很类似。

如果 MultiIndex 不是有序的索引，那么大多数切片操作都会失败。
如果Series或者DataFrame的索引是未排序的，可以简单地通过sort_index方法来快速排序。
层级数据维度转换的另一种方法是行列标签转换，可以通过reset_index 方法实现

通过pd.concat()实现pandas对象合并，pd.cancat的所有参数（下面列举的是这些参数的默认值）：

pd.concat() 可以简单地合并一维的 Series 或 DataFrame 对象，与
np.concatenate() 合并数组一样。
DataFrame 的合并默认都是逐行进行的（axis=0）；pd.concat在合并时会保留索引，即使索引是重复的！如果设置 verify_integrity=True，那么生成重复索引时，会触发异常！有时索引无关紧要，那么合并时就可以忽略它们，可以通过设置 ignore_index 参数来实现。默认的合并方式是对所有输入列进行并集合并（join=\'outer\'），当然也可以用 join=\'inner\' 实现对输入列的交集合并。下面是一个实现合并的例子：

Pandas 的基本特性之一就是高性能的内存式数据连接（join）与合并（merge）操作。

pd.merge() 实现的功能基于关系代数（relational algebra）的一部分。 pd.merge() 函数实现了三种数据连接的类型：一对一、多对一和多对多。pd.merge()会自动识别2个dataframe共有的列，并以这个列进行关联。

上边的例子中，关联的两个dataframe具有相同名称的列，pandas会直接按同名列合并，由于两个输入要合并的列通常都不是同名的，因此 pd.merge() 提供了一些参数处理这个问题。
1.最简单的方法就是直接将参数 on 设置为一个列名字符串或者一个包含多列名称的列表，这个参数只能在两个 DataFrame 有共同列名的时候才可以使用。

pandas介绍及环境部署

pandas介绍

　　Python Data Analysis Library 或 pandas 是基于NumPy 的一种工具，该工具是为了解决数据分析任务而创建的。Pandas 纳入了大量库和一些标准的数据模型，提供了高效地操作大型数据集所需的工具。pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。你很快就会发现，它是使Python成为强大而高效的数据分析环境的重要因素之一。pandas是python里用于分析结构化数据的工具集,具有数据迁徙功能，可以处理海量数据

　　pandas依赖于两个科学计算库，numpy与matplotlib

　　numpy:提供高性能矩阵运算和一些数据模型

　　matplotlib：提供数据可视化

数据分析环境

Ipython介绍

IPython 是一个交互式的 Python 解释器，而且它更加高效。除了代码补全，代码高亮外，还有很多magic（%）命令。

常用命令:%run test.py（执行py文件）

　　　　%timeit a.dot(a)计算两个矩阵相乘，点乘，内积

　　　　%quickref查看ipython文档

显示内联图片，在命令行输入ipython notebook，ipython会自动启动一个WEB服务，并打开常用浏览器，访问ipython网页页面，运行命令：shift+enter,自动运行并且插入新命令行

它和大多传统工作模式（编辑 -> 编译 -> 运行)不同的是， 它采用的工作模式是：执行 -> 探索 ，而大部分和数据分析相关的代码都含有探索式操作（比如试误法和迭代法），所以 IPython 能大大提高编码效率。 

IPython 发展到现在，它不仅仅只是一个加强版的 Python shell 了， 它集成了 GUI 控制台，这可以让你直接进行绘图操作；它还有一个基于 Web 的交互式笔记本和一个轻量级的快速并行的计算引擎。

Ipython开发环境搭建

　　需要安装的库有jupyter(Ipython工具)、numpy、matplotlib、（windows需要额外安装pyreadline,在ipython环境里面有命令行自动完成功能，mac及linux下无需安装)

pip3 install jupyter
pip3 install numpy
pip3 install matplotlib
pip3 install pyreadline

　　根据以上命令挨个安装即可，安装速度慢可以加上pip国内豆瓣源

Ipython环境测试

以上库都安装完成之后，打开终端，输入ipython检测是否环境搭建完成

出现如上图所示，表示ipython环境搭建完成