Pandas

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Attitude is a little thing that makes a big difference.

态度是件小事，但却意义重大。

小闫语录：

一个态度端正，对事认真的人，即使能力欠佳，最后的成果肯定不会太差。一个能力突出，但是态度不端，眼高手低的人，即使完成了任务，效果也未必见好。用人，做人，态度须为第一。

Pandas

1.Pandas介绍

1.1Pandas与Numpy的不同？

答：Numpy是一个科学计算库，用于计算，提高计算效率。Pandas是专门用于数据挖掘的开源python库，也可用于数据分析。Pandas以Numpy为基础，借力Numpy模块在计算方面性能高的优势；同时基于matplotlib，能够简便的画图。Pandas对二者进行封装，使数据处理更加的便捷。

1.2初识两个方法

pd.DataFrame(ndarry, index=xx, columns=xx)
# index:行索引
# columns:列索引

date_range(start=xx, end=xx, periods=xx, freq='B')
# start:开始时间
# end:结束时间
# periods:时间天数
# freq:递进单位，默认1天,'B'默认略过周末

1.3DataFrame

类似于数组中的二维数组。或者简单的理解为一张表。DataFrame对象既有行索引，又有列索引。

a.行索引，表明不同行，横向索引，叫index，0轴，axis=0。

b.列索引，表名不同列，纵向索引，叫columns，1轴，axis=1。

1.3.1属性和方法

• shape -- 形状（维度的元组）
• index -- 行索引

修改行索引:xx.index = xx
  重设索引:xx.reset_index(drop=False)
      设置新的下标索引。
      drop:默认为False，不删除原来索引，如果为True,删除原来的索引值。
  以某列值设置为新的索引:set_index(keys, drop=True)
      keys:列索引名称或者列索引名称的列表。如果是多列，变为multindex
      drop:布尔值，默认是True。当做新的索引，删除原来的列。

• columns -- 列索引
• values -- 值
• ndarray.T -- 转置
• head() -- 前几行（括号里面如果不指定参数，默认是5行）
• tail() -- 后几行（括号里面如果不指定参数，默认是5行）

1.4MultiIndex与Panel

MultiIndex是多级或者分层索引对象。它是新的三维数组存储方式，通过index获取所有的索引。

index属性：

• names：levels的名称。
• levels：每个level的元组值。

在Pandas版本0.20.0之前使用Panel结构存储三维数组。它有很大的缺点，比如生成的对象无法直接看到数据，如果需要看到数据，需要进行索引。

pandas.Panel(data=None, items=None, major_axis=None, minor_axis=None, copy=False, dtype=None)
# 介绍几个常用的参数
# items - axis 0，每个项目对应于内部包含的数据帧(DataFrame)。
# major_axis - axis 1，它是每个数据帧(DataFrame)的索引(行)。
# minor_axis - axis 2，它是每个数据帧(DataFrame)的列。

1.5Series

Series类似于前面的一维数组，它只有行索引。

创建Series：

pd.Series()
# 可以指定内容，默认索引，如下：
pd.Series(np.arange(10))
# 也可以指定索引
pd.Series([6.7,5.6,3,10,2], index=[1,2,3,4,5])
# 还可以通过字典数据创建
pd.Series({'red':100, ''blue':200, 'green': 500, 'yellow':1000})

获取索引和值：

• 对象.index -- 索引
• 对象.values -- 值

2.基本数据操作

读取文件：

pd.read_csv()

2.1索引操作

可以直接使用行列索引，注意是先列后行，如下：

data['ethanyan']['2019-04-12']

对象.loc[]-- 先行后列, 通过索引字符串索引。

data.loc['2018-02-27':'2018-02-22', 'ethanyan']

对象.iloc[]-- 先行后列, 通过索引下标获取。

data.iloc[0:100, 0:2]

对象.ix[] -- 先行后列, 下标和字符串都OK。

2.2赋值操作

需求：对DataFrame当中的Ethanyan列进行重新赋值为1

# 直接修改原来的值
data['Ethanyan'] = 1
# 或者
data.Ethanyan = 1

2.3排序

2.3.1DataFrame

对内容进行排序：

对象.sort_values(by=**, ascending=**)
    by  --  "x"         按照一个值排序
            ["x","x"]   按照多值排序
    ascending -- True(升序)， False(降序)

对索引进行排序：

对象.sort_index()

2.3.2Series

同DataFrame一样，可以通过索引和内容进行排序，只是Series只有一列，所以不需要指定参数。

对象.sort_values(ascending=)
    ascending=False:降序
    ascending=True:升序
对象.sort_index()

3.DataFrame运算

3.1算术运算

直接使用 +-，是OK的；也可以使用 对象.add()和 对象.sub()。

如：对列open进行 +1操作:

data['open'].add(1)

如：列close减去open列：

data['close'].sub(data['open'])

3.2逻辑运算

3.2.1使用逻辑运算符号 < > | &：

例如筛选p_change > 2的日期数据：

data['p_change'] > 2

2018-02-27     True
2018-02-26     True
2018-02-23     True
2018-02-22    False
2018-02-14     True

例如完成多个逻辑判断， 筛选p_change > 2并且open > 15：

data[(data['p_change'] > 2) & (data['open'] > 15)]

              open      high    close    low      volume  price_change p_change turnover my_price_change
2017-11-14    28.00    29.89    29.34    27.68    243773.23    1.10    3.90    6.10    1.34
2017-10-31    32.62    35.22    34.44    32.20    361660.88    2.38    7.42    9.05    1.82
2017-10-27    31.45    33.20    33.11    31.45    333824.31    0.70    2.16    8.35    1.66
2017-10-26    29.30    32.70    32.41    28.92    501915.41    2.68    9.01    12.56    3.11

3.2.2逻辑运算函数

对象.query(expr)

• expr:查询字符串

通过query使得刚才的过程更加方便简单

data.query("p_change > 2 & turnover > 15")

对象.isin(values)

例如判断'turnover'是否为4.19, 2.39

# 可以指定值进行一个判断，从而进行筛选操作
data[data['turnover'].isin([4.19, 2.39])]

              open    high    close     low      volume  price_change  p_change turnover  my_price_change
2018-02-27    23.53    25.88    24.16    23.53    95578.03    0.63    2.68    2.39    0.63
2017-07-25    23.07    24.20    23.70    22.64    167489.48    0.67    2.91    4.19    0.63
2016-09-28    19.88    20.98    20.86    19.71    95580.75    0.98    4.93    2.39    0.98
2015-04-07    16.54    17.98    17.54    16.50    122471.85    0.88    5.28    4.19    1.00

3.2.3统计函数

综合分析: 能够直接得出很多统计结果, count, mean, std, min, max 等

# 计算平均值、标准差、最大值、最小值
data.describe()

单独的统计函数，我们需要了解一下。例如：min(最小值), max(最大值), mean(平均值), median(中位数), var(方差), std(标准差),mode(众数)。

# 使用统计函数：0 代表列求结果，1 代表行求统计结果
data.max(0)

对象.median() -- 中位数

对象.idxmax(axis=) -- 最大值的索引值

对象.idxmin(axis=)

总结如下：

3.2.4累计统计函数

3.2.5自定义运算

对象.apply(func, axis=0)

• func:自定义函数
• axis=0:默认是列，axis=1为行进行运算

例如：我们定义一个函数，对列的最大值与最小值做差。

data.apply(lambda x: x.max() - x.min(), axis=0)

4.Pandas画图

对象.plot()
    x -- x轴坐标的值
    y -- y轴坐标的值
    kind -- 画什么样的图
        line -- 折线图
        bar(barh) -- 柱状图
        hist -- 直方图
        pie -- 饼图
        scatter -- 散点图

5.文件读取与存储

5.1csv文件

读取read_csv:

pandas.read_csv(filepath_or_buffer, sep =',' )

• filepath_or_buffer:文件路径
• usecols:指定读取的列名，列表形式

写入to_csv:

DataFrame.to_csv(path_or_buf=None, sep=', ’, columns=None, header=True, index=True, mode='w', encoding=None)

• path_or_buf :string or file handle, default None
• sep :character, default ‘,’
• columns :sequence, optional
• mode:'w'：重写, 'a' 追加
• index:是否写进行索引
• header :boolean or list of string, default True,是否写进列索引值

5.2hdf文件

HDF5文件的读取和存储需要指定一个键，值为要存储的DataFrame

读取read_hdf：

pandas.read_hdf(path_or_buf，key =None，** kwargs)

• 从h5文件当中读取数据
• path_or_buffer:文件路径
• key:读取的键
• return:Theselected object

写入to_hdf：

DataFrame.to_hdf(path_or_buf, key, **kwargs)

注意:最后保存内容是 xx.h5 官方推荐使用

优先选择使用HDF5文件存储

1. HDF5在存储的时候支持压缩，使用的方式是blosc，这个是速度最快的也是pandas默认支持的。
2. 使用压缩可以提磁盘利用率，节省空间。
3. HDF5还是跨平台的，可以轻松迁移到hadoop 上面。

5.3json文件

JSON是我们常用的一种数据交换格式，前面在前后端的交互经常用到，也会在存储的时候选择这种格式。所以我们需要知道Pandas如何进行读取和存储JSON格式。

读取read_json:

pandas.read_json(path_or_buf=None, orient=None, typ='frame', lines=False)

• path -- 路径
• orient -- "records"，以 columns：values的形式输出。
• lines -- 需要和之前的方式相同，按照每行读取json对象。
• typ : default ‘frame’， 指定转换成的对象类型series或者dataframe

写入to_json:

DataFrame.to_json(path_or_buf=None, orient=None, lines=False)

• 将Pandas 对象存储为json格式。
• path_or_buf=None：文件地址。
• orient:存储的json形式，{‘split’,’records’,’index’,’columns’,’values’}。
• lines:一个对象存储为一行，一般时,写入传递使用True。

6.高级处理-缺失值处理

首先需要判断是否有缺失值，也就是是否为NaN：

pd.isnull()
pd.notnull()

如果有，需要进行进行处理：

a.缺失值是nan,直接处理

• 删除np.dropna()
• 替换np.fillna(value, inplace=True)
  • value:替换成的值
  • inplace:True:会修改原数据，False:不替换修改原数据，生成新的对象

b.缺失值不是nan,替换成nan再处理

np.replace(to_replace="?", value=np.nan)

7.高级处理-数据离散化

7.1为什么要离散化？

答：连续属性离散化的目的是为了简化数据结构，数据离散化技术可以用来减少给定连续属性值的个数。离散化方法经常作为数据挖掘的工具。

7.2什么是数据的离散化？

答：连续属性的离散化就是在连续属性的值域上，将值域划分为若干个离散的区间，最后用不同的符号或整数值代表落在每个子区间中的属性值。

简单的说，就是对数据进行分类。

7.3使用方法

pd.qcut(data, bins)：

• 把数据分成大致相等的几类。一般会与value_counts搭配使用，统计每组的个数。
• bins -- 需要分成几类

series.value_counts()：

• 统计分组次数

pd.cut(data, bins)：

• data -- 指定分组的间隔
• bins -- 在哪儿进行分割

7.4one_hot编码(热独编码,哑变量)

什么是one_hot编码？

答：把每个类别生成一个布尔列，这些列中只有一列可以为这个样本取值为1。其又被称为热编码。

pandas.get_dummies(data, prefix=None)

• data:array-like, Series, or DataFrame
• prefix:分组名字

8.高级处理-合并

pd.concat([], axis=)

• 按照行或列进行合并。
• [xx, xx] 合并的两张表。
• axis=0为列索引，axis=1为行索引。

pd.merge()

• left和right是DataFrame结构数据。
• how -- 按照什么方式进行连接(左连接、右连接、外连接、内连接)，默认是内连接。
• on -- 依据哪几个键

9.高级处理-交叉表与透视表

pd.crosstab(*, *)

• 交叉表
• 返回对象是具体的数据统计

pd.pivot_table([], index="")

• 透视表
• [] -- 比较内容
• index=xx -- 按照比较的标准
• 直接返回对应的占比情况

10.高级处理-分组与聚合

对象.groupby(key, as_index=False).max()

• key -- 按照哪个键进行分组
• key值也可以传多个,然后通过多个标准进行分组
• as_index -- 当前列是否当成索引

注意:分组聚合一般放到一起使用,抛开聚合,只说分组,没有意义.

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