Python22 Pandas库

Pandas 是一个Python数据分析库，它提供了高性能、易于使用的数据结构和数据分析工具。这个库适用于处理和分析输入数据，常见于统计分析、金融分析、社会科学研究等领域。

图片

1.Pandas的核心功能

Pandas 库的核心功能包括：

1.数据结构：Pandas 提供了两种主要的数据结构——DataFrame 和 Series。DataFrame 是一个表格型的数据结构，可以想象成一个关系型数据表，具有可变的行和列。Series 是一个一维的标签数组，能够保存任何数据类型（整数、字符串、浮点数等）。

2.数据操作：Pandas 支持对数据进行插入、删除、合并、切片、聚合和重塑等多种操作。

3.处理缺失数据：Pandas 能够轻松处理缺失数据（例如：NaN）。

4.文件操作：Pandas 支持直接从或保存到多种文件格式如 CSV、Excel、SQL 数据库以及 HDF5 格式。

5.时间序列分析：Pandas 对时间序列数据有优秀的处理能力，能够进行日期范围生成、频率转换、移动窗口统计等操作。

因此，Pandas 是数据科学和量化分析领域中不可或缺的工具之一，用于数据清洗、分析以及准备数据用于进一步的统计或机器学习处理。

2.Pandas的使用

（1）Series数据结构

Series 对象是Pandas库中的基本数据结构之一，它主要用于单维度的数据集合（整数、浮点数、字符串、Python 对象等）。这种数据结构广泛应用于数据分析、数据清洗以及数据预处理过程中。该对象支持各种操作，如算术运算、聚合函数（求和、平均、最大值等）和条件过滤。同时，Series 非常适合处理时间序列数据。它可以有一个时间索引，这使得进行时间序列分析（如趋势分析、季节性调整等）变得更加直接和高效。此外，Pandas 还允许Series对象与其他数据结构（如DataFrame）无缝工作，可以方便地从 Series 转换到 DataFrame，反之亦然。

import pandas as pd  # 导入库并设置别名为‘pd’
import numpy as np  # 导入库并设置别名为‘np’
import matplotlib.pyplot as plt

# 创建一个Series对象：传递一个数值列表作为参数，令Pandas使用默认索引
s=pd.Series([1,2,4,np.nan,6,7,9,10])  # 其中np.nan是numpy中的特殊值，表示非数字（Not a Number），它通常用于表示缺失值或未定义的数值
print(s)

# 输出：
'''
0     1.0
1     2.0
2     4.0
3     NaN
4     6.0
5     7.0
6     9.0
7    10.0
dtype: float64
'''

(2)创建DataFrame对象

DataFrame 是一个二维的、表格型的数据结构，它可以存储多种类型的数据（整数、浮点数、字符串、Python 对象等），并且具有行和列的标签。

# 创建一个DataFrame对象:传递datetime索引和列标签的Numpy数组作为参数
# 首先创建一个时间序列，代码生成一个DatetimeIndex，包含从2013-01-01到2013-01-06的六个连续日期。
dates=pd.date_range('20130101',periods=6)
print(dates)
#创建DataFrame对象，指定index和columns标签
df=pd.DataFrame(np.random.randn(6,4),index=dates,columns=list('ABCD'))  # 生成一个6行4列的列表，元素是从标准正态分布中抽取的随机数
print(df)

# 输出：
'''
DatetimeIndex(['2013-01-01', '2013-01-02', '2013-01-03', '2013-01-04',
               '2013-01-05', '2013-01-06'],
              dtype='datetime64[ns]', freq='D')
                   A         B         C         D
2013-01-01 -1.357961  0.850011 -0.636005  0.425649
2013-01-02  0.144545 -0.353026  0.128698 -0.038226
2013-01-03 -0.690415  0.217009 -0.038996 -1.387236
2013-01-04 -0.696815 -1.212856 -0.177951 -0.218372
2013-01-05  0.697114 -1.213185 -1.968390  0.825755
2013-01-06  1.019140 -0.733800  1.117218  0.990784
'''

查看数据：

# 观察数据
# 查看一个DataFrame对象的前几行和最后几行
print(df.head())
print(df.tail(3))
# 默认情况下 .head()和.tail()输出首尾的前5行，也可以指定输出行数
# 输出：
'''
                   A         B         C         D
2013-01-01 -1.357961  0.850011 -0.636005  0.425649
2013-01-02  0.144545 -0.353026  0.128698 -0.038226
2013-01-03 -0.690415  0.217009 -0.038996 -1.387236
2013-01-04 -0.696815 -1.212856 -0.177951 -0.218372
2013-01-05  0.697114 -1.213185 -1.968390  0.825755
                   A         B         C         D
2013-01-04 -0.696815 -1.212856 -0.177951 -0.218372
2013-01-05  0.697114 -1.213185 -1.968390  0.825755
2013-01-06  1.019140 -0.733800  1.117218  0.990784

'''

查看列表索引、列表标签、值并统计：

#查看索引
print(df.index)
#列表签
print(df.columns)
#数值
print(df.values)
#统计
print(df.describe())

'''
DatetimeIndex(['2013-01-01', '2013-01-02', '2013-01-03', '2013-01-04',
               '2013-01-05', '2013-01-06'],
              dtype='datetime64[ns]', freq='D')
Index(['A', 'B', 'C', 'D'], dtype='object')
[[-1.35796107  0.85001062 -0.63600535  0.4256489 ]
 [ 0.14454457 -0.35302596  0.128698   -0.03822612]
 [-0.69041478  0.217009   -0.03899589 -1.38723616]
 [-0.696815   -1.21285587 -0.17795143 -0.21837225]
 [ 0.69711448 -1.21318519 -1.96839039  0.82575471]
 [ 1.01914038 -0.73379976  1.11721757  0.99078445]]
              A         B         C         D
count  6.000000  6.000000  6.000000  6.000000
mean  -0.147399 -0.407641 -0.262571  0.099726
std    0.918851  0.822011  1.016201  0.867018
min   -1.357961 -1.213185 -1.968390 -1.387236
25%   -0.695215 -1.093092 -0.521492 -0.173336
50%   -0.272935 -0.543413 -0.108474  0.193711
75%    0.558972  0.074500  0.086775  0.725728
max    1.019140  0.850011  1.117218  0.990784
'''

灵活使用DataFrame对象如转置、排序：

# 转置
print(df.T)
# 按列排序，逐步递减
print(df.sort_index(axis=1,ascending=False))
# 按值排序，‘B’列逐行递增
print(df.sort_values(by='B'))

# 输出：
'''
   2013-01-01  2013-01-02  2013-01-03  2013-01-04  2013-01-05  2013-01-06
A   -1.357961    0.144545   -0.690415   -0.696815    0.697114    1.019140
B    0.850011   -0.353026    0.217009   -1.212856   -1.213185   -0.733800
C   -0.636005    0.128698   -0.038996   -0.177951   -1.968390    1.117218
D    0.425649   -0.038226   -1.387236   -0.218372    0.825755    0.990784
                   D         C         B         A
2013-01-01  0.425649 -0.636005  0.850011 -1.357961
2013-01-02 -0.038226  0.128698 -0.353026  0.144545
2013-01-03 -1.387236 -0.038996  0.217009 -0.690415
2013-01-04 -0.218372 -0.177951 -1.212856 -0.696815
2013-01-05  0.825755 -1.968390 -1.213185  0.697114
2013-01-06  0.990784  1.117218 -0.733800  1.019140
                   A         B         C         D
2013-01-05  0.697114 -1.213185 -1.968390  0.825755
2013-01-04 -0.696815 -1.212856 -0.177951 -0.218372
2013-01-06  1.019140 -0.733800  1.117218  0.990784
2013-01-02  0.144545 -0.353026  0.128698 -0.038226
2013-01-03 -0.690415  0.217009 -0.038996 -1.387236
2013-01-01 -1.357961  0.850011 -0.636005  0.425649

'''

打印特定行或特定列的数据：

print(df["A"])  # 与df.A相同，打印A列
print(df.A)

# 使用[]分割DataFrame
print(df[0:3])  # 选取0-2行即前三行进行打印

print(df['20130102':'20130104'])  # 选取从2013-01-02到2013-01-04的行打印，包含开始和结束日期

# 输出：
'''
2013-01-01   -1.357961
2013-01-02    0.144545
2013-01-03   -0.690415
2013-01-04   -0.696815
2013-01-05    0.697114
2013-01-06    1.019140
Freq: D, Name: A, dtype: float64
2013-01-01   -1.357961
2013-01-02    0.144545
2013-01-03   -0.690415
2013-01-04   -0.696815
2013-01-05    0.697114
2013-01-06    1.019140
Freq: D, Name: A, dtype: float64
                   A         B         C         D
2013-01-01 -1.357961  0.850011 -0.636005  0.425649
2013-01-02  0.144545 -0.353026  0.128698 -0.038226
2013-01-03 -0.690415  0.217009 -0.038996 -1.387236
                   A         B         C         D
2013-01-02  0.144545 -0.353026  0.128698 -0.038226
2013-01-03 -0.690415  0.217009 -0.038996 -1.387236
2013-01-04 -0.696815 -1.212856 -0.177951 -0.218372

'''

按照标签选择数据：

# 按标签选择，选中一行
print(df.loc[dates[0]])
# 标签选中复制数列（所有行，输出只显示前5行）
print(df.loc[:,['A','B']])
# 行，列同时切分（包括起止点）
print(df.loc['20130102':'20130104',['A','B']])
# 返回一个元素（两种等效）
print(df.loc[dates[0],'A'])
print(df.at[dates[0],'A'])

# 输出：
'''
A   -0.096276
B   -0.840584
C   -0.425912
D    0.052560
Name: 2013-01-01 00:00:00, dtype: float64
                   A         B
2013-01-01 -0.096276 -0.840584
2013-01-02  1.790104  0.303063
2013-01-03  1.326804 -0.272038
2013-01-04  0.843435 -0.475088
2013-01-05  1.207635 -0.462329
2013-01-06 -0.374454  0.297715
                   A         B
2013-01-02  1.790104  0.303063
2013-01-03  1.326804 -0.272038
2013-01-04  0.843435 -0.475088
-0.09627595683105973
-0.09627595683105973
'''

按照位置选择数据：

# 按位置选择
# 位置索引为3的列，（从0开始，所以其实是第4列）
print(df)
print(df.iloc[3])
# 按位置索引分割DataFrame
print(df.iloc[3:5,0:2])
# 指定定位一个特定元素
print(df.iloc[1,1])
print(df.iat[1,1])

# 输出：
'''
                   A         B         C         D
2013-01-01 -0.096276 -0.840584 -0.425912  0.052560
2013-01-02  1.790104  0.303063 -0.747674 -0.304015
2013-01-03  1.326804 -0.272038 -0.602406  1.508931
2013-01-04  0.843435 -0.475088  0.241588  1.428372
2013-01-05  1.207635 -0.462329 -0.080737 -1.677173
2013-01-06 -0.374454  0.297715 -0.815562 -0.574843
A    0.843435
B   -0.475088
C    0.241588
D    1.428372
Name: 2013-01-04 00:00:00, dtype: float64
                   A         B
2013-01-04  0.843435 -0.475088
2013-01-05  1.207635 -0.462329
0.30306280237692435
0.30306280237692435
'''

使用布尔值进行索引：

# 布尔值索引
print(df.A>0)
# 使用.isin函数过滤数据
df2=df.copy()
df2
# 输出：
'''
2013-01-01    False
2013-01-02     True
2013-01-03     True
2013-01-04     True
2013-01-05     True
2013-01-06    False
Freq: D, Name: A, dtype: bool

                   A         B         C         D
2013-01-01 -0.096276 -0.840584 -0.425912  0.052560
2013-01-02  1.790104  0.303063 -0.747674 -0.304015
2013-01-03  1.326804 -0.272038 -0.602406  1.508931
2013-01-04  0.843435 -0.475088  0.241588  1.428372
2013-01-05  1.207635 -0.462329 -0.080737 -1.677173
2013-01-06 -0.374454  0.297715 -0.815562 -0.574843
'''

添加数据并打印：

df2['E']=['one','one','two','three','four','three'] # 添加一列数据
# 提取df2中'E'中包含['two','four']的行
print(df2[df2['E'].isin(['two','four'])])

# 输出：
'''
                   A         B         C         D     E
2013-01-03  1.326804 -0.272038 -0.602406  1.508931   two
2013-01-05  1.207635 -0.462329 -0.080737 -1.677173  four

'''

添加和修改数据：

# 为DataFrame创建一个新的列，其值为时间顺序的索引值
s1=pd.Series([1,2,3,4,5,6],index=pd.date_range('20130101',periods=6))
print(s1)
df['F']=s1
# 按标签赋值
df.at[dates[0],'A']=0
# 按索引赋值
df.iat[0,1]=0
# 使用numpy数组赋值
df.loc[:,'D']=np.array([5]*len(df))
print(len(df))
print(df)
# 输出：
'''
                   A         B         C         D     E
2013-01-03  1.326804 -0.272038 -0.602406  1.508931   two
2013-01-05  1.207635 -0.462329 -0.080737 -1.677173  four

'''

添加数据并打印：

#创建Dataframe对象，以dates[0:4]为索引，在df基础上再加一个新的‘E’列
df1=df.reindex(index=dates[0:4],columns=list(df.columns)+['E'])
#将'E'列的前两个行设为1
df1.loc[dates[0]:dates[1],'E']=1
print(df1)
# 输出：
'''
                   A         B         C         D     E
2013-01-03  1.326804 -0.272038 -0.602406  1.508931   two
2013-01-05  1.207635 -0.462329 -0.080737 -1.677173  four

'''

处理缺失数据：

# 处理缺失数据
# 调用 dropna 方法来删除 DataFrame 中含有任何 NaN 值的行
df1.dropna(how='any')
# 使用5填充缺省值
df1.fillna(value=5)
# 判断df1中的值是否为缺失数据，返回True/False
pd.isnull(df1)

# 输出：
'''
                A      B      C      D      E
2013-01-01  False  False  False  False  False
2013-01-02  False  False  False  False  False
2013-01-03  False  False  False  False   True
2013-01-04  False  False  False  False   True
'''

构建一个数据表：

df=pd.DataFrame([[1,1,1,1],[2,2,2,2],[3,3,3,3]],columns=['col1','col2','col3','col4'])
df

# 输出：
'''
   col1  col2  col3  col4
0     1     1     1     1
1     2     2     2     2
2     3     3     3     3

'''

计算每一列数据平均值：

print(df.mean(axis=0))  # mean(axis=0)计算的是每一列平均值， 

# 输出：
'''
 col1    2.0
col2    2.0
col3    2.0
col4    2.0
dtype: float64
'''

添加数据并打印：

print(df.mean(axis=1))  # mean(axis=1)计算每一行数据平均值

# 输出：
'''
0    1.0
1    2.0
2    3.0
dtype: float64
'''

删除某行：

print(df.drop(0,axis=0))  # drop(0,axis=0)删除第0行， 

# 输出：
'''
   col1  col2  col3  col4
1     2     2     2     2
2     3     3     3     3

'''

删除某列：

print(df.drop('col1',axis=1))  #drop([‘col1’],axis=1)删除列

# 输出：
'''
   col2  col3  col4
0     1     1     1
1     2     2     2
2     3     3     3
'''

重新设置索引：

df = pd.DataFrame([('bird',    389.0),
                   ('bird',     24.0),
                   ('mammal',   80.5),
                    ('mammal', np.nan)],
                  index=['falcon', 'parrot', 'lion', 'monkey'],
                  columns=('class', 'max_speed'))
df
# 输出：
'''
         class  max_speed
falcon    bird      389.0
parrot    bird       24.0
lion    mammal       80.5
monkey  mammal        NaN
'''

舍弃旧的索引：

# 舍弃旧的索引，索引重置为默认的整数索引
df.reset_index(drop=True)  # 原来的索引将被完全丢弃，不会保留为数据列

# 输出：
'''
    class  max_speed
0    bird      389.0
1    bird       24.0
2  mammal       80.5
3  mammal        NaN
'''

改变表中的数据：

# 改变df
df.reset_index(drop=True,inplace=True)  # 参数inplace=True决定操作是直接在原DataFrame(df)上修改还是返回一个新的DataFrame
df # 此时df已经改变

# 输出：
'''
    class  max_speed
0    bird      389.0
1    bird       24.0
2  mammal       80.5
3  mammal        NaN
'''

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