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Python数据科学

发布于 2019-06-14 15:21:29

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文章被收录于专栏：Python数据科学Python数据科学

作者：石头 | 来源：机器学习那些事

pandas是基于NumPy的一种数据分析工具，在机器学习任务中，我们首先需要对数据进行清洗和编辑等工作，pandas库大大简化了我们的工作量，熟练并掌握pandas常规用法是正确构建机器学习模型的第一步。

翻译：石头来源：MachineLearningPlus

1. 如何安装pandas

2. 如何导入pandas库和查询相应的版本信息

3. pandas数据类型

4. series教程

5. dataframe教程

6. 小结

1. 如何安装Pandas

最常用的方法是通过Anaconda安装，在终端或命令符输入如下命令安装：

conda install pandas

若未安装Anaconda，使用Python自带的包管理工具pip来安装：

pip install pandas

2. 如何导入pandas库和查询相应的版本信息

import numpy as np   # pandas和numpy常常结合在一起使用，导入numpy库
import pandas as pd  # 导入pandas库

print(pd.__version__) # 打印pandas版本信息

#> 0.23.4

3. pandas数据类型

pandas包含两种数据类型：series和dataframe。

series是一种一维数据结构，每一个元素都带有一个索引，与一维数组的含义相似，其中索引可以为数字或字符串。series结构名称：

dataframe是一种二维数据结构，数据以表格形式（与excel类似）存储，有对应的行和列。dataframe结构名称：

4. series教程

1. 如何从列表，数组，字典构建series

mylist = list('abcedfghijklmnopqrstuvwxyz')   # 列表
myarr = np.arange(26)	                      # 数组
mydict = dict(zip(mylist, myarr))             # 字典

# 构建方法
ser1 = pd.Series(mylist)
ser2 = pd.Series(myarr)
ser3 = pd.Series(mydict)
print(ser3.head())                 # 打印前5个数据

#>  a    0
    b    1
    c    2
    d    4
    e    3
    dtype:int64

2. 如何使series的索引列转化为dataframe的列

mylist = list('abcedfghijklmnopqrstuvwxyz')
myarr = np.arange(26)
mydict = dict(zip(mylist, myarr))
ser = pd.Series(mydict)

# series转换为dataframe
df = ser.to_frame()
# 索引列转换为dataframe的列
df.reset_index(inplace=True)
print(df.head())

#>	  index  0
	0     a  0
	1     b  1
	2     c  2
	3     e  3
	4     d  4

3. 如何结合多个series组成dataframe

# 构建series1
ser1 = pd.Series(list('abcedfghijklmnopqrstuvwxyz')) 
# 构建series2
ser2 = pd.Series(np.arange(26))

# 方法1，axis=1表示列拼接，0表示行拼接
df = pd.concat([ser1, ser2], axis=1)

# 与方法1相比，方法2设置了列名
df = pd.DataFrame({'col1': ser1, 'col2': ser2})
print(df.head())

#>	  col1  col2
	0    a     0
	1    b     1
	2    c     2
	3    e     3
	4    d     4

4. 如何命名列索引的名称

ser = pd.Series(list('abcedfghijklmnopqrstuvwxyz'))

# 命名索引列名称
ser.name = 'alphabets'
# 显示前5行数据
ser.head()

#>	0    a
	1    b
	2    c
	3    e
	4    d
	Name: alphabets, dtype: object

5. 如何获得series对象A中不包含series对象B的元素

ser1 = pd.Series([1, 2, 3, 4, 5])
ser2 = pd.Series([4, 5, 6, 7, 8])

# 返回ser1不包含ser2的布尔型series
ser3=~ser1.isin(ser2)
# 获取ser不包含ser2的元素
ser1[ser3]

#>	0    1
	1    2
	2    3
	dtype: int64

6. 如何获得seriesA和seriesB不相同的项

ser1 = pd.Series([1, 2, 3, 4, 5])
ser2 = pd.Series([4, 5, 6, 7, 8])

# 求ser1和ser2的并集
ser_u = pd.Series(np.union1d(ser1, ser2))
# 求ser1和ser2的交集
ser_i = pd.Series(np.intersect1d(ser1, ser2))
# ser_i在ser_u的补集就是ser1和ser2不相同的项
ser_u[~ser_u.isin(ser_i)]

#>	0    1
	1    2
	2    3
	5    6
	6    7
	7    8
	dtype: int64

7. 如何获得数值series的四分位值

# 设置随机数种子
state = np.random.RandomState(100)
# 从均值为5标准差为25的正态分布随机抽取5个点构成series
ser = pd.Series(state.normal(10, 5, 25))
# 求ser的四分位数
np.percentile(ser, q=[0, 25, 50, 75, 100])

#> array([ 1.25117263,  7.70986507, 10.92259345, 13.36360403, 18.0949083 ])

8. 如何获得series中单一项的频率计数

#从0~7随机抽取30个列表值，组成series
ser = pd.Series(np.take(list('abcdefgh'), np.random.randint(8, size=30)))
# 对该series进行计数
ser.value_counts()

#>	d    8
	g    6
	b    6
	a    5
	e    2
	h    2
	f    1
	dtype: int64

9. 如何保留series中前两个频次最多的项，其他项替换为‘other’

np.random.RandomState(100)
# 从1~4均匀采样12个点组成series
ser = pd.Series(np.random.randint(1, 5, [12]))
# 除前两行索引对应的值不变，后几行索引对应的值为Other
ser[~ser.isin(ser.value_counts().index[:2])] = 'Other'
ser

#>	0     Other
	1         4
	2         2
	3         2
	4         4
	5     Other
	6     Other
	7     Other
	8         4
	9         4
	10        4
	11        2
	dtype: object

10. 如何对数值series分成10个相同数目的组

换个角度理解，对数值series离散化成10个类别（categorical）值

ser = pd.Series(np.random.random(20))

# 离散化10个类别值,只显示前5行的数据
pd.qcut(ser, q=[0, .10, .20, .3, .4, .5, .6, .7, .8, .9, 1], 
        labels=['1st', '2nd', '3rd', '4th', '5th', '6th', '7th', '8th', '9th', '10th']).head()

#>
0    3rd
1    1st
2    6th
3    6th
4    9th
dtype: category
Categories (10, object): [1st < 2nd < 3rd < 4th ... 7th < 8th < 9th < 10th]

11. 如何使numpy数组转化为给定形状的dataframe

ser = pd.Series(np.random.randint(1, 10, 35))
# serier类型转换numpy类型，然后重构
df = pd.DataFrame(ser.values.reshape(7,5))
print(df)

#>	   0  1  2  3  4
	0  1  2  1  2  5
	1  1  2  4  5  2
	2  1  3  3  2  8
	3  8  6  4  9  6
	4  2  1  1  8  5
	5  3  2  8  5  6
	6  1  5  5  4  6

12. 如何找到series的值是3的倍数的位置

ser = pd.Series(np.random.randint(1, 10, 7))
print(ser)

# 获取值是3倍数的索引
np.argwhere(ser % 3==0)

#>	0    6
	1    8
	2    6
	3    7
	4    6
	5    2
	6    4
	dtype: int64
	
#>	array([[0],
	       [2],
	       [4]])

13. 获取series中给定索引的元素（items）

ser = pd.Series(list('abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'))
index = [0, 4, 8, 14, 20]

# 获取指定索引的元素
ser.take(index)

#>	0     a
	4     e
	8     i
	14    o
	20    u
	dtype: object

14. 如何垂直和水平的拼接series

ser1 = pd.Series(range(5))
ser2 = pd.Series(list('abcde'))

# 垂直拼接
df = pd.concat([ser1, ser2], axis=0)

# 水平拼接
df = pd.concat([ser1, ser2], axis=1)
print(df)

#>	   0  1
	0  0  a
	1  1  b
	2  2  c
	3  3  d
	4  4  e

15.如何获取series对象A中包含series对象B元素的位置

# ser1必须包含ser2，否则会报错
ser1 = pd.Series([10, 9, 6, 5, 3, 1, 12, 8, 13])
ser2 = pd.Series([1, 3, 10, 13])

# 方法 1
[np.where(i == ser1)[0].tolist()[0] for i in ser2]

# 方法 2
[pd.Index(ser1).get_loc(i) for i in ser2]

#> [5, 4, 0, 8]

16.如何计算series之间的均方差

truth = pd.Series(range(10))
pred = pd.Series(range(10)) + np.random.random(10)

# 均方差
np.mean((truth-pred)**2)

#> 0.25508722434194103

17.如何使series中每个元素的首字母为大写

# series的元素为str类型
ser = pd.Series(['how', 'to', 'kick', 'ass?'])

# 方法 1
ser.map(lambda x: x.title())

# 方法 2 ，字符串相加
ser.map(lambda x: x[0].upper() + x[1:])

# 方法 3
pd.Series([i.title() for i in ser])

#>	0     How
	1      To
	2    Kick
	3    Ass?
	dtype: object

18.如何计算series中每个元素的字符串长度

ser = pd.Series(['how', 'to', 'kick', 'ass?'])

# 方法
ser.map(lambda x: len(x))

#>	0    3
	1    2
	2    4
	3    4
	dtype: int64

19.如何计算series的一阶导和二阶导

ser = pd.Series([1, 3, 6, 10, 15, 21, 27, 35])

# 求一阶导并转化为列表类型
print(ser.diff().tolist())
# 求二阶导并转化为列表类型
print(ser.diff().diff().tolist())

#>	[nan, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 6.0, 8.0]
	[nan, nan, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 0.0, 2.0]

20.如何将一系列日期字符串转换为timeseries

ser = pd.Series(['01 Jan 2010', '02-02-2011', '20120303', '2013/04/04', '2014-05-05', '2015-06-06T12:20'])

pd.to_datetime(ser)

#>	0   2010-01-01 00:00:00
	1   2011-02-02 00:00:00
	2   2012-03-03 00:00:00
	3   2013-04-04 00:00:00
	4   2014-05-05 00:00:00
	5   2015-06-06 12:20:00
	dtype: datetime64[ns]

21. 如何从一个series中获取至少包含两个元音的元素

ser = pd.Series(['Apple', 'Orange', 'Plan', 'Python', 'Money'])

# 方法
from collections import Counter
# Counter是一个类字典类型，键是元素值，值是元素出现的次数,满足条件的元素返回True
mask = ser.map(lambda x: sum([Counter(x.lower()).get(i, 0) for i in list('aeiou')]) >= 2)
ser[mask]

#>	0     Apple
	1    Orange
	4     Money
	dtype: object

22. 如何计算根据另一个series分组后的series均值

fruit = pd.Series(np.random.choice(['apple', 'banana', 'carrot'], 10))
weights = pd.Series(np.linspace(1, 10, 10))

# 根据fruit对weight分组
weightsGrouped = weights.groupby(fruit)
print(weightsGrouped.indices)
# 对分组后series求每个索引的平均值
weightsGrouped.mean()

#>	{'apple': array([0, 3], dtype=int64), 'banana': array([1, 2, 4, 8],
 dtype=int64), 'carrot': array([5, 6, 7, 9], dtype=int64)}

#>	apple     2.50
	banana    4.75
	carrot    7.75
	dtype: float64

23. 如何计算两个series之间的欧氏距离

p = pd.Series([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10])
q = pd.Series([10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1])

# 方法1
sum((p - q)**2)**.5

# 方法2
np.linalg.norm(p-q)

#>	18.16590212458495

24. 如何在数值series中找局部最大值

局部最大值对应二阶导局部最小值

ser = pd.Series([2, 10, 3, 4, 9, 10, 2, 7, 3])

# 二阶导
dd = np.diff(np.sign(np.diff(ser)))
# 二阶导的最小值对应的值为最大值，返回最大值的索引
peak_locs = np.where(dd == -2)[0] + 1
peak_locs

#>	array([1, 5, 7], dtype=int64)

25. 如何用最少出现的字符替换空格符

my_str = 'dbc deb abed gade'

# 方法
ser = pd.Series(list('dbc deb abed gade'))
# 统计元素的频数
freq = ser.value_counts()
print(freq)
# 求最小频数的字符
least_freq = freq.dropna().index[-1]
# 替换
"".join(ser.replace(' ', least_freq))

#>	d    4
	     3
	b    3
	e    3
	a    2
	c    1
	g    1
	dtype: int64

#>	'dbcgdebgabedggade'

26. 如何计算数值series的自相关系数

ser = pd.Series(np.arange(20) + np.random.normal(1, 10, 20))

# 求series的自相关系数，i为偏移量
autocorrelations = [ser.autocorr(i).round(2) for i in range(11)]
print(autocorrelations[1:])
# 选择最大的偏移量
print('Lag having highest correlation: ', np.argmax(np.abs(autocorrelations[1:]))+1)

#>	[0.33, 0.41, 0.48, 0.01, 0.21, 0.16, -0.11, 0.05, 0.34, -0.24]
#>	Lag having highest correlation:  3

27. 如何对series进行算术运算操作

# 如何对series之间进行算法运算
import pandas as pd
series1 = pd.Series([3,4,4,4],['index1','index2','index3','index4'])
series2 = pd.Series([2,2,2,2],['index1','index2','index33','index44'])
# 加法
series_add = series1 + series2
print(series_add)
# 减法
series_minus = series1 - series2
# series_minus
# 乘法
series_multi = series1 * series2
# series_multi
# 除法
series_div = series1/series2
series_div

series是基于索引进行算数运算操作的，pandas会根据索引对数据进行运算，若series之间有不同的索引，对应的值就为Nan。结果如下：

#加法：
	index1     5.0
	index2     6.0
	index3     NaN
	index33    NaN
	index4     NaN
	index44    NaN
	dtype: float64
#除法：
	index1     1.5
	index2     2.0
	index3     NaN
	index33    NaN
	index4     NaN
	index44    NaN
	dtype: float64

3. dataframe教程

1. 如何从csv文件只读取前几行的数据

# 只读取前2行和指定列的数据
df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/Cars93_miss.csv',nrows=2,usecols=['Model','Length'])
df

#>		Model	Length
	0	Integra	177
	1	Legend	195

2. 如何从csv文件中每隔n行来创建dataframe

# 每隔50行读取一行数据
df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/BostonHousing.csv', chunksize=50)
df2 = pd.DataFrame()
for chunk in df:
    # 获取series
    df2 = df2.append(chunk.iloc[0,:])

#显示前5行
print(df2.head())

#>	                  crim    zn  indus chas                  nox     rm   age  \
	0              0.21977   0.0   6.91    0  0.44799999999999995  5.602  62.0   
	1               0.0686   0.0   2.89    0                0.445  7.416  62.5   
	2   2.7339700000000002   0.0  19.58    0                0.871  5.597  94.9   
	3               0.0315  95.0   1.47    0  0.40299999999999997  6.975  15.3   
	4  0.19072999999999998  22.0   5.86    0                0.431  6.718  17.5   
	
	      dis rad  tax ptratio       b  lstat  medv  
	0  6.0877   3  233    17.9   396.9   16.2  19.4  
	1  3.4952   2  276    18.0   396.9   6.19  33.2  
	2  1.5257   5  403    14.7  351.85  21.45  15.4  
	3  7.6534   3  402    17.0   396.9   4.56  34.9  
	4  7.8265   7  330    19.1  393.74   6.56  26.2

3. 如何改变导入csv文件的列值

改变列名‘medv’的值，当列值≤25时，赋值为‘Low’；列值>25时，赋值为‘High’.

# 使用converters参数，改变medv列的值
df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/BostonHousing.csv', 
                 converters={'medv': lambda x: 'High' if float(x) > 25 else 'Low'})
print(df.head())

#>	        b  lstat  medv
	0  396.90   4.98   Low  
	1  396.90   9.14   Low  
	2  392.83   4.03  High  
	3  394.63   2.94  High  
	4  396.90   5.33  High

4. 如何从csv文件导入指定的列

# 导入指定的列：crim和medv
df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/BostonHousing.csv', usecols=['crim', 'medv'])
# 打印前四行dataframe信息
print(df.head())

#>	      crim  medv
	0  0.00632  24.0
	1  0.02731  21.6
	2  0.02729  34.7
	3  0.03237  33.4
	4  0.06905  36.2

5. 如何得到dataframe的行，列，每一列的类型和相应的描述统计信息

df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/Cars93_miss.csv')

#  打印dataframe的行和列
print(df.shape)

# 打印dataframe每列元素的类型显示前5行
print(df.dtypes.head())

# 统计各类型的数目,方法1
print(df.get_dtype_counts())
# 统计各类型的数目,方法2
# print(df.dtypes.value_counts())

# 描述每列的统计信息，如std，四分位数等
df_stats = df.describe()
# dataframe转化数组
df_arr = df.values
# 数组转化为列表
df_list = df.values.tolist()

#>	(93, 27)
	Manufacturer     object
	Model            object
	Type             object
	Min.Price       float64
	Price           float64
	dtype: object
	float64    18
	object      9
	dtype: int64

6. 如何获取给定条件的行和列

import numpy as np
df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/Cars93_miss.csv')
# print(df)
# 获取最大值的行和列
row, col = np.where(df.values == np.max(df.Price))
# 行和列获取最大值
print(df.iat[row[0], col[0]])
df.iloc[row[0], col[0]]

# 行索引和列名获取最大值
df.at[row[0], 'Price']
df.get_value(row[0], 'Price')

#>	61.9

7. 如何重命名dataframe的特定列

df1 = pd.DataFrame(data=np.array([[18,50],[19,51],[20,55]]),index=['man1','man2','man3'],columns=['age','weight'])
print(df1)
# 修改列名
print("\nchange columns :\n")
#方法1
df1.rename(columns={'weight':'stress'})
#方法2
df1.columns.values[1] = 'stress'
print(df1)

#>	      age  weight
	man1   18      50
	man2   19      51
	man3   20      55
	
	change columns :
	
	      age  stress
	man1   18      50
	man2   19      51
	man3   20      55

8. 如何检查dataframe中是否有缺失值

df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/Cars93_miss.csv')

# 若有缺失值，则为Ture
df.isnull().values.any()

#>	True

9. 如何统计dataframe的每列中缺失值的个数

df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/Cars93_miss.csv')

# 获取每列的缺失值个数
n_missings_each_col = df.apply(lambda x: x.isnull().sum())
print(n_missings_each_col.head())

#>	Manufacturer    4
	Model           1
	Type            3
	Min.Price       7
	Price           2
	dtype: int64

10. 如何用平均值替换相应列的缺失值

df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/Cars93_miss.csv',nrows=10)
print(df[['Min.Price','Max.Price']].head())
# 平均值替换缺失值
df_out = df[['Min.Price', 'Max.Price']] = df[['Min.Price', 'Max.Price']].apply(lambda x: x.fillna(x.mean()))
print(df_out.head())

#>	   Min.Price  Max.Price
	0       12.9       18.8
	1       29.2       38.7
	2       25.9       32.3
	3        NaN       44.6
	4        NaN        NaN

#>	   Min.Price  Max.Price
	0       12.9       18.8
	1       29.2       38.7
	2       25.9       32.3
	3       23.0       44.6
	4       23.0       29.9

11. 如何用全局变量作为apply函数的附加参数处理指定的列

df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/Cars93_miss.csv')
print(df[['Min.Price', 'Max.Price']].head())
# 全局变量
d = {'Min.Price': np.nanmean, 'Max.Price': np.nanmedian}
# 列名Min.Price的缺失值用平均值代替，Max.Price的缺失值用中值代替
df[['Min.Price', 'Max.Price']] = df[['Min.Price', 'Max.Price']].apply(lambda x, d: x.fillna(d[x.name](x)), args=(d, ))
print(df[['Min.Price', 'Max.Price']].head())

#>	   Min.Price  Max.Price
	0       12.9       18.8
	1       29.2       38.7
	2       25.9       32.3
	3        NaN       44.6
	4        NaN        NaN
#>	   Min.Price  Max.Price
	0  12.900000      18.80
	1  29.200000      38.70
	2  25.900000      32.30
	3  17.118605      44.60
	4  17.118605      19.15

12. 如何以dataframe的形式选择特定的列

df = pd.DataFrame(np.arange(20).reshape(-1, 5), columns=list('abcde'))
# print(df)

# 以dataframe的形式选择特定的列
type(df[['a']])
type(df.loc[:, ['a']])
print(type(df.iloc[:, [0]]))

# 以series的形式选择特定的列
type(df.a)
type(df['a'])
type(df.loc[:, 'a'])
print(type(df.iloc[:, 1]))

#>	<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
	<class 'pandas.core.series.Series'>

13. 如何改变dataframe中的列顺序

df = pd.DataFrame(np.arange(20).reshape(-1, 5), columns=list('abcde'))

print(df)
# 交换col1和col2
def switch_columns(df, col1=None, col2=None):
    colnames = df.columns.tolist()
    i1, i2 = colnames.index(col1), colnames.index(col2)
    colnames[i2], colnames[i1] = colnames[i1], colnames[i2]
    return df[colnames]

df1 = switch_columns(df, 'a', 'c')
print(df1)

#>	    a   b   c   d   e
	0   0   1   2   3   4
	1   5   6   7   8   9
	2  10  11  12  13  14
	3  15  16  17  18  19
#>	    c   b   a   d   e
	0   2   1   0   3   4
	1   7   6   5   8   9
	2  12  11  10  13  14
	3  17  16  15  18  19

14. 如何格式化dataframe的值

df = pd.DataFrame(np.random.random(4)**10, columns=['random'])
print(df)
# 显示小数点后四位
df.apply(lambda x: '%.4f' % x, axis=1)
print(df)

#>	         random
	0  3.539348e-04
	1  3.864140e-10
	2  2.973575e-02
	3  1.414061e-01
#>	         random
	0  3.539348e-04
	1  3.864140e-10
	2  2.973575e-02
	3  1.414061e-01

15. 如何将dataframe中的所有值以百分数的格式表示

df = pd.DataFrame(np.random.random(4), columns=['random'])

# 格式化为小数点后两位的百分数
out = df.style.format({
    'random': '{0:.2%}'.format,
})

out

#>		random
	0	48.54%
	1	91.51%
	2	90.83%
	3	20.45%

16.如何从dataframe中每隔n行构建dataframe

df = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/selva86/datasets/master/Cars93_miss.csv')

# 每隔20行读dataframe数据
print(df.iloc[::20, :][['Manufacturer', 'Model', 'Type']])

#>	   Manufacturer    Model     Type
	0         Acura  Integra    Small
	20     Chrysler  LeBaron  Compact
	40        Honda  Prelude   Sporty
	60      Mercury   Cougar  Midsize
	80       Subaru   Loyale    Small

17. 如何得到列中前n个最大值对应的索引

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1, 15, 15).reshape(5,-1), columns=list('abc'))
print(df)
# 取'a'列前3个最大值对应的行
n = 5
df['a'].argsort()[::-1].iloc[:3]

#>	    a   b   c
	0   5   5   2
	1  12   7   1
	2   5   2  12
	3   5  14  12
	4   1  13  13

#>	4    1
	3    3
	2    2
	Name: a, dtype: int64

18. 如何获得dataframe行的和大于100的最末n行索引

df = pd.DataFrame(np.random.randint(10, 40, 16).reshape(-1, 4))
print(df)
# dataframe每行的和
rowsums = df.apply(np.sum, axis=1)

# 选取大于100的最末两行索引
# last_two_rows = df.iloc[np.where(rowsums > 100)[0][-2:], :]
nline = np.where(rowsums > 100)[0][-2:]
nline

#>	    0   1   2   3
	0  19  34  15  12
	1  38  35  14  26
	2  39  32  18  20
	3  28  27  36  38

#>	array([2, 3], dtype=int64)

19. 如何从series中查找异常值并赋值

ser = pd.Series(np.logspace(-2, 2, 30))

# 小于low_per分位的数赋值为low，大于low_per分位的数赋值为high
def cap_outliers(ser, low_perc, high_perc):
    low, high = ser.quantile([low_perc, high_perc])
    print(low_perc, '%ile: ', low, '|', high_perc, '%ile: ', high)
    ser[ser < low] = low
    ser[ser > high] = high
    return(ser)

capped_ser = cap_outliers(ser, .05, .95)

#>	0.05 %ile:  0.016049294076965887 | 0.95 %ile:  63.876672220183934

20. 如何交换dataframe的两行

df = pd.DataFrame(np.arange(9).reshape(3, -1))
print(df)
# 函数
def swap_rows(df, i1, i2):
    a, b = df.iloc[i1, :].copy(), df.iloc[i2, :].copy()
    # 通过iloc换行
    df.iloc[i1, :], df.iloc[i2, :] = b, a
    return df

# 2和3行互换
print(swap_rows(df, 1, 2))

#>	   0  1  2
	0  0  1  2
	1  3  4  5
	2  6  7  8

#>	   0  1  2
	0  0  1  2
	1  6  7  8
	2  3  4  5

21. 如何倒转dataframe的行

df = pd.DataFrame(np.arange(9).reshape(3, -1))
print(df)

# 方法 1
df.iloc[::-1, :]

# 方法 2
print(df.loc[df.index[::-1], :])

#>	   0  1  2
	0  0  1  2
	1  3  4  5
	2  6  7  8

#>	   0  1  2
	2  6  7  8
	1  3  4  5
	0  0  1  2

22. 如何对分类变量进行one-hot编码

df = pd.DataFrame(np.arange(25).reshape(5,-1), columns=list('abcde'))
print(df)
# 对列'a'进行onehot编码
df_onehot = pd.concat([pd.get_dummies(df['a']), df[list('bcde')]], axis=1)
print(df_onehot)

#>	    a   b   c   d   e
	0   0   1   2   3   4
	1   5   6   7   8   9
	2  10  11  12  13  14
	3  15  16  17  18  19
	4  20  21  22  23  24

#>	   0  5  10  15  20   b   c   d   e
	0  1  0   0   0   0   1   2   3   4
	1  0  1   0   0   0   6   7   8   9
	2  0  0   1   0   0  11  12  13  14
	3  0  0   0   1   0  16  17  18  19
	4  0  0   0   0   1  21  22  23  24

23. 如何获取dataframe行方向上最大值个数最多的列

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1,100, 9).reshape(3, -1))
print(df)
# 获取每列包含行方向上最大值的个数
count_series = df.apply(np.argmax, axis=1).value_counts()
print(count_series)
# 输出行方向最大值个数最多的列的索引
print('Column with highest row maxes: ', count_series.index[0])

#>	    0   1   2
	0  46  31  34
	1  38  13   6
	2   1  18  15

#>统计列的最大值的个数
		0    2
		1    1
		dtype: int64
	
#>	Column with highest row maxes:  0

24. 如何得到列之间最大的相关系数

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1,100, 16).reshape(4, -1), columns=list('pqrs'), index=list('abcd'))
# df
print(df)
# 得到四个列的相关系数
abs_corrmat = np.abs(df.corr())
print(abs_corrmat)
# 得到每个列名与其他列的最大相关系数
max_corr = abs_corrmat.apply(lambda x: sorted(x)[-2])
# 显示每列与其他列的相关系数
print('Maximum Correlation possible for each column: ', np.round(max_corr.tolist(), 2))

#>	    p   q   r   s
	a  59  99   1  34
	b  89  60  97  40
	c  43  35  14   6
	d  70  59  30  53
#>	          p         q         r         s
	p  1.000000  0.200375  0.860051  0.744529
	q  0.200375  1.000000  0.236619  0.438541
	r  0.860051  0.236619  1.000000  0.341399
	s  0.744529  0.438541  0.341399  1.000000

#>	Maximum Correlation possible for each column:  [0.86 0.44 0.86 0.74]

25. 如何创建包含每行最小值与最大值比例的列

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1,100, 9).reshape(3, -1))
print(df)
# 方法1：axis=1表示行方向，
min_by_max = df.apply(lambda x: np.min(x)/np.max(x), axis=1)

# 方法2
min_by_max = np.min(df, axis=1)/np.max(df, axis=1)

min_by_max

#>	    0   1   2
	0  81  68  59
	1  45  73  23
	2  20  22  69
	
#>	0    0.728395
	1    0.315068
	2    0.289855
	dtype: float64

26. 如何创建包含每行第二大值的列

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1,100, 9).reshape(3, -1))
print(df)
# 行方向上取第二大的值组成series
out = df.apply(lambda x: x.sort_values().unique()[-2], axis=1)
# 构建dataframe新的列
df['penultimate'] = out
print(df)

#>	    0   1   2
	0  28  77   1
	1  43  19  69
	2  29  30  72

#>	    0   1   2  penultimate
	0  28  77   1           28
	1  43  19  69           43
	2  29  30  72           30

27. 如何归一化dataframe的所有列

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1,100, 80).reshape(8, -1))

# 正态分布归一化
out1 = df.apply(lambda x: ((x - x.mean())/x.std()).round(2))
print('Solution Q1\n',out1)

# 线性归一化
out2 = df.apply(lambda x: ((x.max() - x)/(x.max() - x.min())).round(2))
print('Solution Q2\n', out2)

28. 如何计算每一行与下一行的相关性

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1,100, 25).reshape(5, -1))

# 行与行之间的相关性
[df.iloc[i].corr(df.iloc[i+1]).round(2) for i in range(df.shape[0])[:-1]]

29. 如何用0赋值dataframe的主对角线和副对角线

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1,100, 25).reshape(5, -1))
print(df)
# zhu
for i in range(df.shape[0]):
    df.iat[i, i] = 0
    df.iat[df.shape[0]-i-1, i] = 0
print(df)

#>	    0   1   2   3   4
	0  51  35  71  71  79
	1  78  25  71  85  44
	2  90  97  72  14   4
	3  27  91  37  25  48
	4   1  26  68  70  20

#>	    0   1   2   3   4
	0   0  35  71  71   0
	1  78   0  71   0  44
	2  90  97   0  14   4
	3  27   0  37   0  48
	4   0  26  68  70   0

30.如何得到按列分组的dataframe的平均值和标准差

df = pd.DataFrame({'col1': ['apple', 'banana', 'orange'] * 2,
                   'col2': np.random.randint(0,15,6),
                   'col3': np.random.randint(0, 15, 6)})
print(df)
# 按列col1分组后的平均值
df_grouped_mean = df.groupby(['col1']).mean()
print(df_grouped_mean)
# 按列col1分组后的标准差
df_grouped_std = df.groupby(['col1']).mean()
print(df_grouped_std)

#>	     col1  col2  col3
	0   apple     2    14
	1  banana    11     8
	2  orange     8    10
	3   apple     5     2
	4  banana     6    12
	5  orange    11    13
#>	        col2  col3
	col1              
	apple    3.5   8.0
	banana   8.5  10.0
	orange   9.5  11.5
#>	        col2  col3
	col1              
	apple    3.5   8.0
	banana   8.5  10.0
	orange   9.5  11.5

31. 如何得到按列分组后另一列的第n大的值

df = pd.DataFrame({'fruit': ['apple', 'banana', 'orange'] * 2,
                   'taste': np.random.rand(6),
                   'price': np.random.randint(0, 15, 6)})

print(df)

# teste列按fruit分组
df_grpd = df['taste'].groupby(df.fruit)
# teste列中banana元素的信息
x=df_grpd.get_group('banana')
# 排序并找第2大的值
s = x.sort_values().iloc[-2]
print(s)

#>	    fruit     taste  price
	0   apple  0.521990      7
	1  banana  0.640444      0
	2  orange  0.460509      9
	3   apple  0.818963      4
	4  banana  0.646138      7
	5  orange  0.917056     12

#>	0.6404436436085967

32. 如何计算分组dataframe的平均值，并将分组列保留为另一列

df = pd.DataFrame({'fruit': ['apple', 'banana', 'orange'] * 2,
                   'rating': np.random.rand(6),
                   'price': np.random.randint(0, 15, 6)})

# 按fruit分组后，price列的平均值，并将分组置为一列
out = df.groupby('fruit', as_index=False)['price'].mean()
print(out)

#>	    fruit  price
	0   apple    4.0
	1  banana    6.5
	2  orange   11.0

33.如何获取两列值元素相等的位置（并非索引）

df = pd.DataFrame({'fruit1': np.random.choice(['apple', 'orange', 'banana'], 3),
                    'fruit2': np.random.choice(['apple', 'orange', 'banana'], 3)})

print(df)
# 获取两列元素相等的行
np.where(df.fruit1 == df.fruit2)

#>	   fruit1  fruit2
	0   apple  banana
	1   apple   apple
	2  orange   apple

#>	(array([1], dtype=int64),)

34. 如何创建指定列偏移后的新列

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1, 100, 20).reshape(-1, 4), columns = list('abcd'))

# 创建往下偏移后的列
df['a_lag1'] = df['a'].shift(1)
# 创建往上偏移后的列
df['b_lead1'] = df['b'].shift(-1)
print(df)

#>	    a   b   c   d  a_lag1  b_lead1
	0  29  90  43  24     NaN     36.0
	1  94  36  67  66    29.0     76.0
	2  81  76  44  49    94.0     97.0
	3  55  97  10  74    81.0     43.0
	4  32  43  62  62    55.0      NaN

35. 如何获得dataframe中单一值的频数

df = pd.DataFrame(np.random.randint(1, 10, 20).reshape(-1, 4), columns = list('abcd'))

# 统计元素值的个数
pd.value_counts(df.values.ravel())

#>	9    3
	7    3
	3    3
	1    3
	6    2
	5    2
	4    2
	8    1
	2    1
	dtype: int64

36. 如何将文本拆分为两个单独的列

df = pd.DataFrame(["STD, City    State",
"33, Kolkata    West Bengal",
"44, Chennai    Tamil Nadu",
"40, Hyderabad    Telengana",
"80, Bangalore    Karnataka"], columns=['row'])

print(df)
# expand=True表示以分割符把字符串分成两列
df_out = df.row.str.split(',|\t', expand=True)

# 获取新的列
new_header = df_out.iloc[0]
# 重新赋值
df_out = df_out[1:]
df_out.columns = new_header
print(df_out)

#>	                          row
	0          STD, City    State
	1  33, Kolkata    West Bengal
	2   44, Chennai    Tamil Nadu
	3  40, Hyderabad    Telengana
	4  80, Bangalore    Karnataka

#>	0 STD     City       State
	1  33   Kolkata    West Bengal
	2  44    Chennai    Tamil Nadu
	3  40   Hyderabad    Telengana
	4  80   Bangalore    Karnataka

37.如何构建多级索引的dataframe

我们利用元组（Tuple）构建多级索引，然后定义dataframe.

# 如何构建多级索引的dataframe
# 先通过元组方式构建多级索引
import numpy as np
outside = ['A','A','A','B','B','B']
inside =[1,2,3,1,2,3]
my_index = list(zip(outside,inside))
# my_index
# 转化为pd格式的索引
my_index = pd.MultiIndex.from_tuples(my_index)
# my_index
# 构建多级索引dataframe
df = pd.DataFrame(np.random.randn(6,2),index =my_index,columns=['fea1','fea2'])
df

多索引dataframe结果：

获取多索引dataframe的数据：

df.loc['A'].iloc[1]

#>	fea1   -0.794461
	fea2    0.882104
	Name: 2, dtype: float64

df.loc['A'].iloc[1]['fea1']

#>	-0.7944609970323794

六、小结

pandas库在机器学习项目中的应用主要有两个步骤：（1）读取文件，（2）数据清洗和编辑工作，该步骤中，我们常常需要借组numpy数组来处理数据。希望这篇文章能够让你很好的入门pandas库，多多练习才是王道。读者能够看到这里的都是真爱，点个在看和广告呗！

参考：

https://blog.csdn.net/qq_42156420/article/details/82813482

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原始发表：2019-06-09，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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