pandas 快速入门

更新时间：2023-04-14 19:03:19 标签：pandas 入门

看过来

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本教程作者所著新书《深入浅出Pandas：利用Python进行数据处理与分析》（ISBN：9787111685456）已由机械工业出版社出版上市，各大电商平台有售，欢迎：查看详情并关注购买。

本节，将介绍 Pandas 最常用的一些功能，今后几乎在所有的数据处理和分析过程中，都会用到，也是最简单的方法。现在，让我们马上来使用 pandas。

安装

首先，需要进行安装 pandas 库才可使用它强大的功能。打开「终端」执行以下命令：

pip install pandas matplotlib
# 国外网络慢，可指定国内源快速下载安装
pip install pandas -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

相关的依赖包也会被安装，为了方便起见后期也会用到的其他安装包也可一次性安装好：

# 将上边代码中的 pandas 替换成以下包名
# excel 处理相关包 xlrd openpyxl xlsxwriter
# 解析网页包 requests lxml html5lib BeautifulSoup4
# 可视化包 matplotlib seaborn plotly bokeh
# 计算包：scipy statsmodels

数据集

在分析处理数据时，我们要先了解数据集。对所持有数据各字段业务意义的理解是我们分析数据的前提。

接下来，我们看看这个数据（可下载下来查看文件内容）：

https://www.gairuo.com/file/data/team.xlsx

name	team	Q1	Q2	Q3	Q4
Liver	E	89	21	24	64
Arry	C	36	37	37	57
Ack	A	57	60	18	84
Eorge	C	93	96	71	78
Oah	D	65	49	61	86
...	...	...	...	...	...

这是一个学生各季度成绩总表（节选），各列说明：

name: 学生的姓名，这列没有重复值，一个学生一行，即一条数据，共 100 条
team: 所在的团队、班级，这个数据会重复
Q1 - Q4: 各个季度的成绩，各个成绩可能会重复

读取数据

我们将数据读取到 pandas 里，变量名用 df DataFrame 的意思，它是 Pandas 二维数据的基础结构。接下来，启动 notebook 开始写代码吧！

import pandas as pd # 引入 pandas 库，按惯例起别名 pd

# 以下两种效果一样，如果是网址它会自动下载数据到内存
df = pd.read_excel('https://www.gairuo.com/file/data/team.xlsx')
df = pd.read_excel('team.xlsx') # 文件在 notebook 文件同一目录下
# 如果是 csv 的话使用 pd.read_csv() ，还支持很多类型的数据读取

然后我们输出 df 看一下内容：

在 Jupyter Notebook 上效果是这样的：

df pandas 输出效果

其中：

自动增加了第一列，是 pandas 为数据增加的索引，从 0 开始，程序不知道我们真正的业务索引，往往需要后边重新指定，使它有一定的业务意义；
由于数据量大，自动隐藏了中间部分，只显示前后五条；
最底部显示了列数和行数。

数据整体描述

拿到数据，我们需要验证一下，数据是否加载正确，数据大小是否正常。

df.shape # (100, 6) 查看行数和列数
df.info() # 查看索引、数据类型和内存信息
df.describe() # 查看数值型列的汇总统计
df.dtypes # 查看各字段类型
df.axes # 显示数据行和列名
df.index # 查看索引
df.columns # 列名

df.info() 显示有数据类型、索引情况、行列数、各字段数据类型、内存占用等：

df.info()
'''
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 100 entries, 0 to 99
Data columns (total 6 columns):
 #   Column  Non-Null Count  Dtype
---  ------  --------------  -----
 0   name    100 non-null    object
 1   team    100 non-null    object
 2   Q1      100 non-null    int64
 3   Q2      100 non-null    int64
 4   Q3      100 non-null    int64
 5   Q4      100 non-null    int64
dtypes: int64(4), object(2)
memory usage: 4.8+ KB
'''

df.describe() 会计算出各数字字段的总数、平均数、标准差、最大最小值和四分位数：

df.describe()
'''
               Q1          Q2          Q3          Q4
count  100.000000  100.000000  100.000000  100.000000
mean    49.200000   52.550000   52.670000   52.780000
std     29.962603   29.845181   26.543677   27.818524
min      1.000000    1.000000    1.000000    2.000000
25%     19.500000   26.750000   29.500000   29.500000
50%     51.500000   49.500000   55.000000   53.000000
75%     74.250000   77.750000   76.250000   75.250000
max     98.000000   99.000000   99.000000   99.000000
'''

建立索引

以上数据真正业务意义上的索引是 name 列，所以我们需要使它成功索引：

df.set_index('name', inplace=True) # 建立索引并生效

其中可选参数 inplace=True 会将指定好索引的数据再赋值给 df 使索引生效，否则不会生效。注意，我们这儿并没有对原 excel 做修改，从我们读取数据后就已经和它没有关系了，我们处理的是内存中 df 变量。

df.head() # 查看前 5 条，括号里可以传你想看的条数

df 带索引

数据选取

接下来，我们像 Excel 那样，对数据做一些筛选工作。

总体筛选

df.head(n) # 查看 DataFrame 对象的前n行
df.tail(n) # 查看 DataFrame 对象的最后n行
df.sample(n) # 查看 n 个样本，随机

选择列

# 查看指定列
df['Q1']
df.Q1 # 同上，如果列名符合 python 变量名要求，可使用

输出：

df.Q1
'''
name
Liver       89
Arry        36
Ack         57
Eorge       93
Oah         65
            ..
Gabriel     48
Austin7     21
Lincoln4    98
Eli         11
Ben         21
Name: Q1, Length: 100, dtype: int64
'''

这里返回的是一个 Series 类型数据, 可以理解为数列，它也是带索引的，我们在之前建立了索引，在这儿发挥出了作用，不然我们索引是一个数字，我们无法知道是谁的数据。

# 选择多列
df[['team', 'Q1']] # 只看这两列，注意括号
df.loc[:, ['team', 'Q1']] # 和上边效果一样

df.loc[x, y] 是一个非常强大的数据选择函数，其中 x 代表行，y 代表列，行和列都支持条件表达式，也支持类似列表那样的切片（如果要用自然索引需要用 df.iloc[]）。下边的例子中会进行演示。

选择行

# 用人工索引选取
df[df.index == 'Liver'] # 指定索引

# 用自然索引选择，类似列表的切片
df[0:3] # 取前三行,
df[0:10:2] # 前10个，每两个取一个
df.iloc[:10,:] # 前10个

指定行列

df.loc['Ben', 'Q1':'Q4'] # 只看 Ben 的四个季度成绩
df.loc['Eorge':'Alexander', 'team':'Q4'] # 指定行区间

条件选择

# 单一条件
df[df.Q1 > 90] # Q1 列大于90的
df[df.team == 'C'] # team 列为 'C' 的
df[df.index == 'Oscar'] # 指定索引即原数据中的 name

# 组合条件
df[(df['Q1'] > 90) & (df['team'] == 'C')] # and 关系
df[df['team'] == 'C'].loc[df.Q1>90] # 多重筛选

排序

df.sort_values(by='Q1') # 按 Q1 列数据升序排列
df.sort_values(by='Q1', ascending=False) # 降序

df.sort_values(['team', 'Q1'], ascending=[True, False]) # team 升，Q1 降序

分组聚合

我们可以实现类似 SQL groupby 那样的数据透视功能：

df.groupby('team').sum() # 按团队分组对应列相加
df.groupby('team').mean() # 按团队分组对应列求平均
# 不同列不同的计算方法
df.groupby('team').agg({'Q1': sum,  # 总和
                        'Q2': 'count', # 总数
                        'Q3':'mean', # 平均
                        'Q4': max}) # 最大值

pandasgroupby

数据转换

可以对数据表进行转置，以 A-Q1 和 E-Q4 为两点组成的折线为轴对数据进行旋转：

df.groupby('team').sum().T

pandasgroupby T

也可以试试以下功能，看有什么效果：

df.groupby('team').sum().stack()
df.groupby('team').sum().unstack()

增加列

Pandas 增加一列非常方便，就是新定义一个字典的键值一样。

df['one'] = 1 # 增加一个固定值的列
df['total'] = df.Q1 + df.Q2 + df.Q3 + df.Q4 # 增加总成绩列
# 指定一些列相加增加一个新列
df['total'] = df.loc[:,'Q1':'Q4'].apply(lambda x:sum(x), axis=1)
df['total'] = df.sum(axis=1) # 可以把所有为数字的列相加
df['avg'] = df.total/4 # 增加平均成绩列

简单分析

根据你的数据分析目标，试着使用以下函数，然后看看能得到什么结论吧。

df.mean() # 返回所有列的均值
df.mean(1) # 返回所有行的均值，下同
df.corr() # 返回列与列之间的相关系数
df.count() # 返回每一列中的非空值的个数
df.max() # 返回每一列的最大值
df.min() # 返回每一列的最小值
df.median() # 返回每一列的中位数
df.std() # 返回每一列的标准差
df.var() # 方差
s.mode() # 众数

画图

Pandas 利用plot() 调用 matplotlib 快速绘制出数据可视化图形。注意，第一次使用 plot() 时可能需要执行两下才能显示图形。

df['Q1'].plot() # Q1 成绩的折线分布

pandas 折线图

df.loc['Ben','Q1':'Q4'].plot() # ben 四个季度的成绩变化

pandas 折线图

df.loc[ 'Ben','Q1':'Q4'].plot.bar() # 柱状图
df.loc[ 'Ben','Q1':'Q4'].plot.barh() # 横向柱状图

pandas柱状图

df.groupby('team').sum().T.plot() # 各 Team 四个季度总成绩趋势

pandas趋势

df.groupby('team').count().Q1.plot.pie() # 各组人数对比

pandas饼图

输出

可以非常轻松地导出 Excel 和 CSV 文件。

df.to_excel('team-done.xlsx') # 导出 excel
df.to_csv('team-done.csv') # 导出 csv

快去 notebook 文件同一目录下去找找它吧，打开看看。

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