数据分析之pandas

一，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。

二，使用

1、Series

Series是一种类似与一维数组的对象，由下面两个部分组成：

• values：一组数据（ndarray类型）
• index：相关的数据索引标签

1）Series的创建

from pandas import Series,DataFrame
import numpy as np

两种创建方式：

(1) 由列表或numpy数组创建

默认索引为0到N-1的整数型索引

#使用列表创建Series（列表也可以换为numpy的array）
Series([1,2,3,4,5],index=['a','b','c','d','e'],name='Hello')
# 
a    1
b    2
c    3
d    4
e    5
Name: Hello, dtype: int64

(2) 由字典创建:不能在使用index.但是依然存在默认索引

dict = {  
    'hello':12,
    'hey':30
}
Series(data=dict) 
# 
hello    12
hey      30
dtype: int64

2）Series的索引和切片

可以使用中括号取单个索引（此时返回的是元素类型），或者中括号里一个列表取多个索引（此时返回的是一个Series类型）。

(1) 显式索引：

- 使用index中的元素作为索引值
- 使用s.loc[]（推荐）:注意，loc中括号中放置的一定是显示索引

注意，此时是闭区间

s1 = Series(data=[1,2,3],index=['a','b','c'])
s1
# 
a    1
b    2
c    3
dtype: int64

s1.loc["a"]  # 1

(2) 隐式索引：

- 使用整数作为索引值
- 使用.iloc[]（推荐）:iloc中的中括号中必须放置隐式索引

注意，此时是半开区间

切片:隐式索引切片和显示索引切片

• 显示索引切片:index和loc

s1.loc["a":"c"]

# 
a    1
b    2
c    3
dtype: int64

• 隐式索引切片：整数索引值和iloc

3）Series的基本概念

可以把Series看成一个定长的有序字典

向Series增加一行：相当于给字典增加一组键值对

s1['a'] = 10
s1
# a    10
b     2
c     3
dtype: int64

s1['d']=20
s1
# 
a    10
b     2
c     3
d    20
dtype: int64

Series还支持可以通过shape，size，index,values等得到series的属性

s1 = Series([1, 2, 3, 4], index=['a', 'b', 'c', 'd'])
s1
# 
a    1
b    2
c    3
d    4
dtype: int64

s1.values
# array([1, 2, 3, 4], dtype=int64)

s1.index
# Index(['a', 'b', 'c', 'd'], dtype='object')

可以使用s.head(),tail()分别查看前n个和后n个值

当索引没有对应的值时，可能出现缺失数据显示NaN（not a number）的情况

可以使用pd.isnull()，pd.notnull()，或s.isnull(),notnull()函数检测缺失数据

s1 = Series(data=[1,2,3,4,5],index=['a','b','c','d','e'])
s2 = Series(data=[1,2,3,4,5],index=['a','g','c','e','f'])

s3 = s1 + s2
s3

#
a    2.0
b    NaN
c    6.0
d    NaN
e    9.0
f    NaN
g    NaN
dtype: float64

s3.isnull()
# 
a    False
b     True
c    False
d     True
e    False
f     True
g     True
dtype: bool

s3[~s3.isnull()]  # 利用布尔索引 获取不是NaN的数据
# 
a    2.0
c    6.0
e    9.0
dtype: float64

s3.notnull()
# 
a     True
b    False
c     True
d    False
e     True
f    False
g    False
dtype: bool

s3[s3.notnull()]
# 
a    2.0
c    6.0
e    9.0
dtype: float64

4）Series的运算

(1) + - * /

(2) add() sub() mul() div() : s1.add(s2,fill_value=0)

(3) Series之间的运算

• 在运算中自动对齐不同索引的数据
• 如果索引不对应，则补NaN

sr3 =sr1+sr2
sr3
# 
a    33.0
b     NaN
c    32.0
d    45.0
dtype: float64

sr3.dropna()  # 获取所有不是NaN的数
# 
a    33.0
c    32.0
d    45.0
dtype: float64

sr3.fillna(0)  # 使用相近的数 自动填充NaN
# 
a    33.0
b     0.0
c    32.0
d    45.0
dtype: float64

2、DataFrame

DataFrame是一个【表格型】的数据结构。DataFrame由按一定顺序排列的多列数据组成。设计初衷是将Series的使用场景从一维拓展到多维。DataFrame既有行索引，也有列索引。

• 行索引：index
• 列索引：columns
• 值：values

1）DataFrame的创建

最常用的方法是传递一个字典来创建。DataFrame以字典的键作为每一【列】的名称，以字典的值（一个数组）作为每一列。

此外，DataFrame会自动加上每一行的索引。

使用字典创建的DataFrame后，则columns参数将不可被使用。

同Series一样，若传入的列与字典的键不匹配，则相应的值为NaN。

• 使用字典创建DF

dict = {
    "java":[90,22,66],
    'python':[12,33,66]
}
DataFrame(data=dict,index=['zhangsan','lisi','wangwu'])

• 使用ndarray创建DataFrame

DataFrame(data=np.random.randint(0,100,size=(3,6)))

DataFrame属性：values、columns、index、shape

2）DataFrame的索引

(1) 对列进行索引

- 通过类似字典的方式  df['q']
- 通过属性的方式     df.q

可以将DataFrame的列获取为一个Series。返回的Series拥有原DataFrame相同的索引，且name属性也已经设置好了，就是相应的列名。

(2) 对行进行索引

- 使用.loc[]加index来进行行索引
- 使用.iloc[]加整数来进行行索引

同样返回一个Series，index为原来的columns。

df.loc['java']
# 
zhangsan    100
lisi         88
wangwu       78
Name: java, dtype: int64

3）DataFrame的切片

【注意】 直接用中括号时：

• 索引表示的是列索引
• 切片表示的是行切片

3）DataFrame的运算

1） DataFrame之间的运算

同Series一样：

• 在运算中自动对齐不同索引的数据
• 如果索引不对应，则补NaN

4）DataFrame的一些常用方法

处理丢失数据

有两种丢失数据：

• None
• np.nan(NaN)

1. None

None是Python自带的，其类型为python object。因此，None不能参与到任何计算中。

2. np.nan（NaN）

np.nan是浮点类型，能参与到计算中。但计算的结果总是NaN。

3. pandas中的None与NaN

1) pandas中None与np.nan都视作np.nan

2) pandas处理空值操作

• isnull()
• notnull()
• dropna(): 过滤丢失数据
• fillna(): 填充丢失数据

#创建DataFrame，给其中某些元素赋值为nan
df = DataFrame(data=np.random.randint(0,100,size=(5,8)),index=['a','b','c','d','e'],columns=['A','B','C','D','E','F','G','H'])
df['B']['c'] = None
df['F']['d'] = np.nan
df['D']['c'] = None
df

(1)判断函数

• isnull()
• notnull()

(2)过滤函数

3) 填充函数 Series/DataFrame

• fillna():value和method参数

 创建多层列索引

1，创建

1) 隐式构造

最常见的方法是给DataFrame构造函数的index或者columns参数传递两个或更多的数组

df = DataFrame(data=np.random.randint(80,100,size=(2,4)),index=['tom','jay'],columns=[['qz','qz','qm','qm'],['chinese','math','chinese','math']])
df

2) 显示构造pd.MultiIndex.from_

2，多层索引对象的索引与切片操作

切片操作

 

聚合操作

所谓的聚合操作：平均数，方差，最大值，最小值……

pandas的拼接操作

pandas的拼接分为两种：

• 级联：pd.concat, pd.append
• 合并：pd.merge, pd.join

1. 使用pd.concat()级联

pandas使用pd.concat函数，与np.concatenate函数类似，只是多了一些参数：

objs
axis=0
keys:列表，列表元素表示的是进行级联的df的一个名称
join='outer' / 'inner':表示的是级联的方式，outer会将所有的项进行级联（忽略匹配和不匹配），而inner只会将匹配的项级联到一起，不匹配的不级联
ignore_index=False

匹配级联

不匹配级联

不匹配指的是级联的维度的索引不一致。例如纵向级联时列索引不一致，横向级联时行索引不一致

有2种连接方式：

• 外连接：补NaN（默认模式）

• 内连接：只连接匹配的项