Pandas 常见的基本方法

说明：文章所有内容均截选自实验楼教程【Pandas 使用教程】，想要查看教程完整内容，点击教程即可~

前言：

Pandas 是非常著名的开源数据处理工具，我们可以通过它对数据集进行快速读取、转换、过滤、分析等一系列操作。除此之外，Pandas 拥有强大的缺失数据处理与数据透视功能，可谓是数据预处理中的必备利器。文章带你学会 Pandas 中的一些常用的基本方法。

知识点：

• 数据读取与存储
• Head & Tail
• 统计方法
• 计算方法
• 标签对齐
• 排序

数据文件：

学习本课程之前，请先打开在线环境终端，下载本文可能会用到的两个数据文件。

wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/906/los_census.csv
wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/906/los_census.txt

两个文件均为为洛杉矶人口普查数据，仅格式有区别。

下面的内容均在 iPython 交互式终端中演示，你可以通过在线环境左下角的应用程序菜单 > 附件打开。如果你在本地进行练习，推荐使用 Jupyter Notebook 环境。

Pandas 常见的基本方法

1 数据读取与存储

Pandas 支持大部分常见数据文件读取与存储。一般清楚下，读取文件的方法以 pd.read_ 开头，而写入文件的方法以 pd.to_ 开头。详细的表格如下。

拿刚刚下载好的数据文件举例，如果没有下载，请看文章开头的数据文件的获取方法。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv") #读取 csv 文件
print df

可以看到，文件已经读取出来了。由于列数太多，所以分段显示了。输出的最下方会有一个行数和列数的统计。这里是 319 行 X 7 列。

我们可以发现，由 pandas 读取的文件就已经是 DataFrame 结构了。上面演示了 csv 文件的读取，其余格式的文件也很相似。

不过，很多时候我们拿到手的数据是像 los_census.txt 文件样式的数据，如下图所示。

import pandas as pd

df = pd.read_table("los_census.txt") #读取 txt 文件
print df

其实 los_census.txt 也就是 los_census.csv 文件，因为 csv 文件又叫逗号分隔符文件，数据之间采用逗号分割。

那么，我们怎样将这种文件转换为 DataFrame 结构的数据呢？这里就要使用到读取方法中提供的一些参数了，例如 sep[] 分隔符参数。

import pandas as pd

df = pd.read_table("los_census.txt", sep=',') #读取 txt 文件
print df

除了 sep，读取文件时常用的参数还有：

1. header=，用来选择将第几行作为列索引名称。
2. names=[]，自定义列索引名称。

例如：

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv", header=1 ) #将第二行作为列索引名称。
print df

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv", names=['A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G']) #自定义列索引名称。
print df

好了，说了这么久的读取文件，再说一说存储文件。存储文件的方法也很简单。比如我们将 los_census.csv 文件，存储为 json 格式的文件。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv")  #读取 csv 文件

df.to_json("1.json") # 将其存储为 json 格式文件

当然，你也可以通过 to_excel("1.xlsx") 储存为 Excel 默认支持的 .xlsx 格式。只是，需要注意在线环境会报错。这时候需要再补充安装 openpyxl 包就好了：

sudo pip install openpyxl

2 Head & Tail

有些时候，我们读取的文件很大。如果全部输出预览这些文件，既不美观，又很耗时。还好，Pandas 提供了 head() 和 tail() 方法，它可以帮助我们只预览一小块数据。

顾名思义，head() 方法就是从数据集开头预览，不带参数默认显示头部的 5 条数据，你也可以自定义显示条数。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv")  #读取 csv 文件

print df.head() # 默认显示前 5 条
print df.head(7) # 显示前 7 条

tail() 方法就是从数据集尾部开始显示了，同样默认 5 条，可自定义。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv")  #读取 csv 文件

print df.tail() # 默认显示后 5 条
print df.tail(7) # 显示后 7 条

3 统计方法

Pandas 提供了几个统计和描述性方法，方便你从宏观的角度去了解数据集。

1）. describe()

describe() 相当于对数据集进行概览，会输出该数据集的计数、最大值、最小值等。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv")  #读取 csv 文件

print df.describe()

例如上面，针对一个 DataFrame 会对每一列的数据单独统计。

2）. idxmin() & idxmax()

idxmin() 和 idxmax() 会计算最小、最大值对应的索引标签。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv")  #读取 csv 文件

print df.idxmin()
print df.idxmax()

3）. count()

count() 用于统计非空数据的数量。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv")  #读取 csv 文件

print df.count()

4）. value_counts()

value_counts() 仅仅针对 Series，它会计算每一个值对应的数量统计。

import pandas as pd
import numpy as np

s = pd.Series(np.random.randint(0, 9, size=100)) # 生成一个 Series，并在 0-9 之间生成 100 个随机值。

print s
print s.value_counts()

4 计算方法

除了统计类的方法，Pandas 还提供了很多计算类的方法。

1）. sum()

sum() 用于计算数值数据的总和。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv")  #读取 csv 文件

print df.sum()

2）. mean()

mean() 用于计算数值数据的平均值。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv")  #读取 csv 文件

print df.mean()

3）. median()

median() 用于计算数值数据的算术中值。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("los_census.csv")  #读取 csv 文件

print df.median()

除此之外，剩下的一些常见计算方法如下表所示。

5 标签对齐

索引标签是 Pandas 中非常重要的特性，有些时候，由于数据的缺失等各种因素导致标签错位的现象，或者想匹配新的标签。于是 Pandas 提供了索引标签对齐的方法 reindex()。

reindex() 主要有三个作用：

1. 重新排序现有数据以匹配新的一组标签。
2. 在没有标签对应数据的位置插入缺失值（NaN）标记。
3. 特殊情形下，使用逻辑填充缺少标签的数据（与时间序列数据高度相关）。

import pandas as pd

s = pd.Series(data=[1, 2, 3, 4, 5], index=['a', 'b', 'c', 'd', 'e'])

print s
print s.reindex(['e', 'b', 'f', 'd'])

我们可以看到，重新排列的数据中，原有索引对应的数据能自动匹配，而新索引缺失的数据通过 NaN 补全。

当然，对于 DataFrame 类型的数据也是一样的。

import pandas as pd

df = pd.DataFrame(data={'one': [1, 2, 3], 'two': [4, 5, 6], 'three': [7, 8, 9]}, index=['a', 'b', 'c'])

print df

print df.reindex(index=['b', 'c', 'a'], columns=['three', 'two', 'one'])

你甚至还可以将上面 Series 的数据按照下面的 DataFrame 的索引序列对齐。

print s.reindex(df.index)

6 排序

既然是数据处理，就少不了排序这一常用的操作。在 Pandas 中，排序拥有很多「姿势」，下面就一起来看一看。

1）. 按索引排序

首先是按照索引排序，其方法为Series.sort_index()或者是 DataFrame.sort_index()。

import pandas as pd

df = pd.DataFrame(data={'one': [1, 2, 3], 'two': [4, 5, 6], 'three': [7, 8, 9], 'four': [10, 11, 12]}, index=['a', 'c', 'b'])

print df

下面按索引对行重新排序：

print df.sort_index()

或者添加参数，进行倒序排列：

print df.sort_index(ascending=False)

2）. 按数值排序

第二种是按照数值排序，其方法为Series.sort_values()或者是 DataFrame.sort_values()。举个例子：

import pandas as pd

df = pd.DataFrame(data={'one': [1, 2, 3, 7], 'two': [4, 5, 6, 9], 'three': [7, 8, 9, 2], 'four': [10, 11, 12, 5]}, index=['a', 'c', 'b','d'])

print df

将第三列按照从小到大排序：

print df.sort_values(by='three')

也可以同时按照两列：

print df[['one', 'two', 'three', 'four']].sort_values(by=['one','two'])

最后

文章带你熟悉了 Pandas 中一些基本方法，这些方法是针对数据集操作过程中经常遇到的。当然，由于不可能面面俱到，这里面提到的方法也只是冰山一角。在数据分析实践中，还需要多多依据需求查阅官方文档。

教程【Pandas 使用教程】总共5节，文章截选的是第2节内容，教程列表如下：

• Pandas 安装与数据结构
• Pandas 常用的基本方法
• Pandas 数据选择与过滤
• Pandas 进行缺失值处理
• Pandas 时间序列分析

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