Pandas数据处理/drop_duplicates()/映射map()/replace()/rename()/分箱/过滤异常值/随机抽样take()/random.permutation()

1、删除重复元素

使用duplicated()函数检测重复的行，返回元素为布尔类型的Series对象，每个元素对应一行，如果该行不是第一次出现，则元素为True

import numpy as np
import pandas as pd
from pandas import Series,DataFrame

import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline

• 创建数据集：

# color 0 :red；1：green；2：blue
df = DataFrame({'color':np.random.randint(0,3,size = 300),'num':np.random.randint(0,5,size = 300)})
df

#或者：
b=np.random.choice(['B','M'],size=(100,2))
b1=DataFrame(b,columns=['True','Predict'])
b1

# 计算True的总个数，即计算重复的总行数
df.duplicated().sum()
Out: 285

• 使用drop_duplicates()函数删除重复的行【inplace=True则会修改原数组】

df.drop_duplicates()

• 查看图片中的重复元素

img = plt.imread('./芝麻.jpg')
img.shape
Out: (662, 1000, 3)

# 这张图片总共有多少个像素呢？
# (红，绿，蓝)
662*1000
Out: 662000

# numpy没有去重的方法
img2 = img.reshape(-1,3)
img2
# img2 必须是转化成n行n列，比如reshape(-1,3)
df = DataFrame(img2,columns=['red','green','blue'])
df

# 总数据662000
# 非重复的像素，71526个  ,inplace=True则能修改原数组
df.drop_duplicates().shape
Out: (71526, 3)

【注意】如果使用pd.concat([df1,df2],axis = 1)生成新的DataFrame，新的df中columns相同，使用duplicate()和drop_duplicates()都会出问题

 

2. 映射

映射的含义：创建一个映射关系列表，把values元素和一个特定的标签或者字符串绑定

需要使用字典：

map = { 'label1':'value1', 'label2':'value2', ... }

包含三种操作：

• replace()函数：替换元素
• 最重要：map()函数：新建一列
• rename()函数：替换索引

 

1) replace()函数：替换元素

使用replace()函数，对values进行替换操作

• 定义数据集

df = DataFrame({'color':np.random.randint(0,3,size = 300),'num':np.random.randint(10,30,size = 300)})
df

• 首先定义一个字典

m = {0:'red',1:'green',2:'blue'}

• 调用.replace()

# replace方法，可将DataFrame中所有满足条件的数据，进行替换
df.replace(m)

• replace还经常用来替换NaN元素

# 字典的key类型要一致
m = {0:'red',1:'green',2:'blue',1024:'purple',2048:'cyan'}

# 字典中映射关系，键值对，去DataFrame找数据，找到了就替换，没有找到，也不会报错
df.replace(m)

2) map()函数：新建一列

使用map()函数，由已有的列生成一个新列

适合处理某一单独的列。

仍然是新建一个字典

map()函数中可以使用lambda函数

transform()和map()类似

使用map()函数新建一个新列

• 新建数据集

df = DataFrame(np.random.randint(0,150,size = (10,3)),
    columns=['Python','Math','En'],index=list('ABCDEFGHJK'))
df

• map映射简单lambda函数

# df['Python']  10 个数据 迭代器
df['Java'] = df['Python'].map(lambda x : 2*x - 100)
df

f = lambda x : x*2 - 100
type(f)
Out: function

def fun(x):
    x*2 - 100    
type(fun)
Out: function

• 定义一个函数level，带入map函数：

def convert(x):
    if x >=130:
        return '优秀'
    elif x <130 and x >=100:
        return '良好'
    elif x < 100 and x >=80:
        return '中等'
    elif x < 80 and x >=60:
        return '及格'
    else:
        return '不及格'

df['Level'] = df['Python'].map(convert)
df

• 给某一列都加上某个数：法① df['Python'] += 10

# Python 这一列，老师出考题的时候，有一道题出错了，每个人Python加10分
df['Python'] += 10
df

• 给某一列都加上某个数：法② map(lambda x : x+10)

# map 这个方法，可以修改当前的列
df['Python'] = df['Python'].map(lambda x :x + 10)
df

• 分箱操作：

分箱、分块、分类——》

# 分箱，分类
# 葡萄品质0~10 
# 0~4 low
# 5~7 median
# 8~10 high

# 分箱，分类
# 葡萄品质0~10 
# 0~4 low
# 5~7 median
# 8~10 high

# 0 ~ 10 信用
# 0~3 low
# 4~ 6 median
# 7~10 high

# 根据这个人手机产生数据
def convert(x):
    if x >=140:
        return 150
    elif x < 140 and x >= 100:
        return 125
    elif x < 100 and x>=60:
        return 80
    else:
        return 0

df['Python'] = df['Python'].map(convert)
df

3) rename()函数：替换索引

• 新建数据集：

df = DataFrame(np.random.randint(0,150,size = (4,3)))
df

• 仍然是新建一个字典，使用rename()函数替换行索引

# 更改列标题   【axis = 0 行】
m = {0:'张三',1:'李四',2:'王五',3:'小刘'}
df.rename(m,axis = 0,inplace=True)

# 更改行标题
m = {0:'Python',1:'Math',2:'En'}
df.rename(m,axis = 1,inplace=True)
df

3. 异常值检测和过滤

使用describe()函数查看每一列的描述性统计量

• 新建数据集

df = DataFrame(np.random.randn(10000,3),columns=list('ABC'))
df

• 检测异常值：① 求出每一列均值；② 异常值判断条件：大于5倍均值

# 过滤条件，大于5倍平均，异常
# 均值0.79，则大于3.95为异常值
df.abs().mean()
Out: 
A    0.798357
B    0.793909
C    0.789348
dtype: float64

# 找出各个属性的异常值
cond = df.abs() > 3.95
cond.sum()
Out:
A    2
B    2
C    0
dtype: int64

# 异常值总和
(cond.sum()).sum()

# 异常值总行数
cond.any(axis = 1).sum() 
Out: 4

# 以DataFrame形式展示存在异常值的行数
df[cond.any(axis = 1)]

展示满足要求的数据：

# 满足要求的数据
cond = df.abs() <=3.95
cond = cond.all(axis = 1)
df[cond]

• 使用std()函数可以求得DataFrame对象每一列的标准差；
• 根据每一列的标准差，对DataFrame元素进行过滤；
• 借助any()函数, 测试是否有True，有一个或以上返回True，反之返回False；
• 对每一列应用筛选条件,去除标准差太大的数据

3原则：如果数据服从正态分布，在3原则下，异常值被定义为一组测定值中与平均值的偏差超过3倍标准差的值。在正态分布的假设下，距离平均值3之外的值出现的概率为P（｜x-｜>3）≤0.003，属于极个别的小概率事件。

#平均值上下三倍标准差之间属于正常点
std=df.abs().std()
std
Out:
A    0.607076
B    0.598781
C    0.594652
dtype: float64

mean=df.abs().mean()
mean
Out:
A    0.798357
B    0.793909
C    0.789348
dtype: float64

low=mean-3*std
high=mean+3*std
display(low.mean(),high.mean())
Out:
-1.0066372280404017
2.5943795581659246

# 异常值 位于小于mean-3*std or 大于mean+3*std
low1=df.abs()<low.mean()
high1=df.abs() > high.mean()
low_high1=np.logical_or(low1,high1)
low_high1

# 显示异常值个数
df[low_high1.any(axis=1)].shape
Out: (259, 3)
# 过滤掉正常值，显示异常值
df[low_high1.any(axis=1)]

#平均值上下三倍标准差之间属于正常点
lowcond=df.abs()>low.mean()
highcond=df.abs() < high.mean()
low_high=np.logical_and(lowcond,highcond)
low_high

# 过滤异常值，满足条件 df.mean()-3*df.std() ~ df.mean()+3*df.std() 
df[low_high.all(axis=1)].shape
Out： (9741, 3)

df.shape
Out：(10000, 3)
259+9741=10000

• 新建数据集：身高、体重
• 手动创建异常值
• 判定异常值范围
• 过滤异常值

df =DataFrame(
    {'height':np.random.randint(150,200,1000),
    'weight':np.random.randint(50,90,size = 1000)})
df

# 创造异常值
# 每隔10个数据加一个300，比如第10个原本63，处理后变363，第20,30..一样
df['weight'][::10] +300
df

# 判定异常值范围：
# 体重的异常值：>300公斤
cond = df['weight'] < 300

# 异常值筛选：给定条件（数据不同，条件不一样，根据数据属性来做选择）
df[cond]

4. 排序及打乱下标随机排序

使用.take()函数排序，可以借助np.random.permutation()函数随机排序

df.take([100,300,210])

# 产生5个0-4的随机数
np.random.permutation(5)
Out: array([2, 0, 4, 3, 1])

# 产生1000个0-999的随机数
index = np.random.permutation(1000)
index
type(index)
Out: numpy.ndarray

# 使用产生的随机数作为下标排序显示数据
df.take(index)

• 另一种产生n个 0 ~ n-1 的随机数

# 产生1000个从0~999的升序数列
index = np.arange(1000)
index

# 打乱0~999的顺序数列
np.random.shuffle(index)
index
display(type(index),index)
Out： numpy.ndarray

# 使用随机打乱的数列作为下标显示数据
df.take(index)

随机抽样

当DataFrame规模足够大时，直接使用np.random.randint()函数，就配合take()函数实现随机抽样

df = DataFrame(np.random.randn(10000,3),columns=list('ABC'))
df

df.size
Out: 30000

ss=np.random.randint(0,10000,size = 100)
ss
Out:
array([4065, 9998, 4088, 2039, 4184, 1807, 1325, 1569, 6657, 2974, 3211,
       2982, 8154, 7668, 6738, 7486, 4362,  105, 6373, 3119, 1261, 1648,
       2962, 7112, 2243, 6014, 2211, 6357, 2032, 1761, 7664, 6734, 1882,
       6126, 8942, 4872, 8935, 9207, 4533, 4558, 9922, 5127, 9340, 5148,
        640, 8374, 5681, 1160,  325, 2469, 9823, 7114, 8228, 5019, 4217,
       2901, 8420, 4888, 4274, 6595, 2289, 1446, 8035,  958,  736, 7005,
       5490, 2752, 3260, 9686, 5241, 3165, 8381, 7885, 4582, 8015, 7215,
       8430, 8921, 4957, 2419, 7912, 9510, 1614, 1102, 3070, 2390,  228,
       3588,  829, 6808, 4883,  349, 1869, 2073, 1992, 9280, 1085, 5495,
       5396])

DataFrame(ss)[0].unique().size
Out: 100

# 可以直接使用random.randint 产生的数据来做下标随机抽取数据
df.take(np.random.randint(0,10000,size = 100))