Pandas常用数据结构

Pandas 概述

　　Pandas(Python Data Analysis Library)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。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专用于数据预处理和数据分析的Python第三方库，最适合处理大型结构化表格数据

• 　　Pandas是2008年Wes McKinney于AQR资本做量化分析师时创建
• 　　Pandas借鉴了R的数据结构
• 　　Pandas基于Numpy搭建，支持Numpy中定义的大部分计算
• 　　Pandas含有使数据分析工作更简单高效的高级数据结构和操作工具
• 　　Pandas底层用Cython和C做了速度优化，极大提高了执行效率

　　Pandas 常用的数据结构有两种：Series 和 DataFrame

Pandas引入约定

from pandas import Series, DataFrame
import pandas as pd

Python、Numpy和Pandas对比

Python

• list：Python自带数据类型，主要用一维，功能简单，效率低
  • 　　Dict：Python自带数据类型，多维键值对，效率低

Numpy

• ndarray：Numpy基础数据类型，单一数据类型
• 关注数据结构/运算/维度（数据间关系）

Pandas

• Series：1维，类似带索引的1维ndarray
• DataFrame：2维，表格型数据类型，类似带行／列索引的2维ndarray 关注数据与索引的关系（数据实际应用）

从实用性、功能强弱和和可操作性比较：list < ndarray < Series/DataFrame

数据规整和分析工作中，ndarry数组作为必要补充，大部分数据尽量使用Pandas数据类型

Pandas数据结构

Pandas的核心为两大数据结构，数据分析相关所有事物都是围绕着这两种结构进行的

• Series：用于存储一个序列的一维数据
• DataFrame：DataFrame作为更复杂的数据结构，则用于存储多维数据

虽然这些数据结构不能解决所有的问题，但它们为大多数应用提供了有效和强大的工具。就简洁性
而言，他们理解和使用起来都很简单。

Series 简介

　　Series 是一个带有 名称 和 索引 的 一维数组，在 Series 中包含的数据类型可以是整数、浮点、字符串、Python对象等。

基础属性：

• values：返回元素
• index：返回索引
• columns：返回列名
• dtypes：返回类型
• size：返回元素个数
• ndim：返回维度数
• shape：返回数据形状（行列数目）

Series 创建

　　1. 简单构建一个含索引和年龄的用户信息

import pandas as pd
user_info = pd.Series(data=[24, 45, 33, 62])
user_info

# 结果如下

0    24
1    45
2    33
3    62
dtype: int64

　　2. 将索引自定义为名字，即将年龄与用户联系起来

# 构建索引
# name="user_index"：为索引起一个名字
user_index=pd.Index(['Tom','Scott','Jass','Jame'],name="user_index")
# 构建Series
# name="user_info"：为 Series 起个名字
user_info = pd.Series(data=[24, 45, 33, 62],index=user_index,name="user_info",dtype=float)
# 结果如下
user_index
Tom      24.0
Scott    45.0
Jass     33.0
Jame     62.0
Name: user_info, dtype: float64

Series 访问

　　Series 包含了 dict 的特点，也就意味着可以使用与 dict 类似的一些操作。我们可以将 index 中的元素看成是 dict 中的 key

# 查看所有的值列表
user_info.values

# 查看所有的索引列表
user_info.index

# 获取Tom的年龄
user_info['Tom']  # 24.0

# 可以通过 get 方法来获取。通过这种方式的好处是当索引不存在时，不会抛出异常。
user_info['Scott']  # 45.0

　　Series 除了像 dict 外，也非常像 ndarray，这也就意味着可以采用切片操作

# 获取第一个元素
user_info[0]  # 24.0

# 获取前三个元素(左闭右开)
user_info[:3]
"""
user_index
Tom      24.0
Scott    45.0
Jass     33.0
Name: user_info, dtype: float64
"""

# 获取年龄大于50的元素
user_info[user_info>50]
"""
user_index
Jame    62.0
Name: user_info, dtype: float64
"""

# 获取第4个和第二个元素
user_info[[3, 1]]
"""
user_index
Jame     62.0
Scott    45.0
Name: user_info, dtype: float64
"""

# 查看去重后的元素
user_info.unique()

# 计算不同元素出现的次数
user_info.value_counts()

# 判断元素所属关系
s.isin([24,32])

# 将元素中的值取出判断是否出现在指定数组中
s[s.isin([24,32])]

Series 的向量化操作

　　Series 与 ndarray 一样，也是支持向量化操作的。同时也可以传递给大多数期望 ndarray 的NumPy 方法。

# 将所有人的年龄加1
user_info + 1
"""
user_index
Tom      25.0
Scott    46.0
Jass     34.0
Jame     63.0
Name: user_info, dtype: float64
"""

DataFrame 简介

　　DataFrame 是一个带有索引的二维数据结构，每列可以有自己的名字，并且可以有不同的数据类型。你可以把它想象成一个 excel 表格或者数据库中的一张表，DataFrame 是最常用的 Pandas 对象。

基础属性：

• values：返回元素
• index：返回索引
• columns：返回列名
• dtypes：返回类型
• size：返回元素个数
• ndim：返回维度数
• shape：返回数据形状（行列数目）

DataFrame 创建

　　构建方式一：构建一个dict，将dict传递给data参数

data={
    "age":[12,23,45,37],
    "city":["chongqing","nanjing","wuhan","shenyang"]
}
index = pd.Index(['Tom','Scott','Jass','Jame'],name="user_name")
pd.DataFrame(data=data,index=index)

　　由上表我们可以看到，DataFrame已经成功构建，且索引是用户姓名，另外两列信息分别为用户年龄和城市信息

　　构建方式二：先构建一个二维数组，然后再生成一个列名称列表。

data=[[12,"shenyang"],
     [23,"chongqing"],
     [45,"wuhan"],
     [37,"nanjing"]
     ]
index = pd.Index(['Tom','Scott','Jass','Jame'],name="user_index")
# 标签
column = ["age","city"]
user_info = pd.DataFrame(data=data,index=index,columns=column)
user_info

DataFrame 访问

　　访问行  -->  通过索引名  -->  loc方法

# 通过索引访问某个人的数据
user_info.loc[['Tom']]

# 通过索引访问指定人的数据
user_info.loc[['Tom','Jass']]

　　访问行  -->  通过行所在位置  -->  iloc方法

# 访问第一个人的信息
user_info.iloc[0]

# 访问前3个人的信息
user_info.iloc[0:3]

　　访问列  -->  通过属性(.列名)

user_info.age
"""
user_index
Tom      12
Scott    23
Jass     45
Jame     37
Name: age, dtype: int64
"""

　　访问列  -->  通过[column]

# 获取一列数据
user_info[["age"]]

# 获取多列数据
user_info[["age","city"]]
"""
            age    city
user_index
Tom         12    shenyang
Scott       23    chongqing
Jass        45    wuhan
Jame        37    nanjing
"""
     

新增列

　　通过传入一个标量，Pandas 会自动帮我们广播来填充所有的位置

# 添加的信息一致
user_info["sex"]="male"
user_info
"""
    　　age    city    　　sex
user_index
Tom     12    shenyang    male
Scott   23    chongqing   male
Jass    45    wuhan    　 male
Jame    37    nanjing   　male
"""

# 添加的指定信息
user_info["sex"]=["male","female","male","male"]
user_info
"""
    　　age    city    　　sex
user_index
Tom    12    shenyang    male
Scott  23    chongqing   female
Jass   45    wuhan    　　male
Jame   37    nanjing     male
"""

# 在原有信息上新增一列与原有信息相关数据
user_info.assign(age_add_one = user_info["age"] + 1)
"""
        age    city       sex      age_add_one
user_index
Tom     12    shenyang    male        13
Scott   23    chongqing   female   　　24
Jass    45    wuhan    　　male        46
Jame    37    nanjing     male        38
"""

import numpy as np
user_info.assign(sex_code = np.where(user_info["sex"] == "male", 1, 0))
"""
        　　age    city       sex    sex_code
user_index
Tom         12    shenyang   male        1
Scott       23    chongqing  female   　　0
Jass        45    wuhan      male        1
Jame        37    nanjing    male        1
"""

删除列

　　drop(labels, axis=0, level=None, inplace=False, errors='raise')

参数解释：

• lables：接收string或array。代表删除的行或列的标签。无默认
• axis：接收0或1。代表操作的轴向。默认为0
• levels：接收int或者索引名。代表标签所在级别。默认为None
• inplace：接收boolean。代表操作是否对原数据生效。默认为False

# 删除某一列
user_info.drop(["sex"],axis=1)