pandas的数据结构

要使用pandas,需要熟悉它的两个主要的数据结构,Series和DataFrame。

Series

series是一种类似于以为数组的对象,它由一组数据(各种numpy的数据类型)以及一组与之相关的数据标签(索引)组成。仅有一组数据即可产生简单的Series:

In [11]: from pandas import Series,DataFrame

In [12]: import pandas as pd

In [13]: obj=Series([4,-2,5,0])

In [14]: obj
Out[14]:
0    4
1   -2
2    5
3    0
dtype: int64

In [15]: type(obj)
Out[15]: pandas.core.series.Series

series的字符串表现形式为:索引在左边,值在右边。由于我们没有为数据指定索引,于是自动创建 一个0到N-1(N为数据的长度)的整数型索引。可以通过Series的values和index属性获取其数组表现形式和索引对象:

In [16]: obj.values
Out[16]: array([ 4, -2,  5,  0], dtype=int64)

In [17]: obj.index
Out[17]: RangeIndex(start=0, stop=4, step=1)

通常,我们希望所创建的Series带有一个可以对各个数据点进行标记的索引:

In [18]: obj2=Series([4,7,5,-3],index=['d','b','a','c'])

In [19]: obj2
Out[19]:
d    4
b    7
a    5
c   -3
dtype: int64

In [20]: obj2.index
Out[20]: Index(['d', 'b', 'a', 'c'], dtype='object')

于普通numpy相比,你可以通过索引的方式选取Series的单个或一组值

In [21]: obj2['a']
Out[21]: 5

In [22]: obj2['d']=6

In [23: obj2[['c','a','d']]
Out[23:
c   -3
a    5
d    6
dtype: int64

numpy数组运算都会保留索引与值之间的链接:

In [26]: obj2[obj2>0]
Out[26]:
d    6
b    7
a    5
dtype: int64

In [27]: obj2*2
Out[27]:
d    12
b    14
a    10
c    -6
dtype: int64

In [28]: np.exp(obj2)
Out[28]:
d     403.428793
b    1096.633158
a     148.413159
c       0.049787
dtype: float64

还可以将Series看成一个定长的有序字典,因为它是索引值到数据值的一个映射。它可以在许多原本需要字典参数的函数中:

In [29]: 'b' in obj2
Out[29]: True

In [30]: 'e' in obj2
Out[30]: False

如果数据被存放在一个Python字典中,也可以直接通过这个字典来创建:

In [32]: sdata={'a':1,'b':2,'c':3}

In [33]: obj3=Series(sdata)

In [34]: obj3
Out[34]:
a    1
b    2
c    3
dtype: int64

如果只传入一个字典,则结果series中的索引就是原字典的键(有序排列)

In [41]: states=['one','a','b']

In [42]: obj4=Series(sdata,index=states)

In [43]: obj4
Out[43]:
one    NaN
a      1.0
b      2.0
dtype: float64

例子中sdata中的states索引相匹配的那2个值会被找出来并放到相应的位置上。找不到的则用缺失值Na表示。

pandas中的isnull和notnull可用于检测缺失数据:

In [44]: pd.isnull(obj4)
Out[44]:
one     True
a      False
b      False
dtype: bool

In [45]: pd.notnull(obj4)
Out[45]:
one    False
a       True
b       True
dtype: bool

series中也有类似的实例方法:

In [46]: obj4.isnull()
Out[46]:
one     True
a      False
b      False
dtype: bool

Series中最重要的一个功能是:它在算术运算中会自动对齐不同索引的数据。

In [47]: obj3
Out[47]:
a    1
b    2
c    3
dtype: int64

In [48]: obj4
Out[48]:
one    NaN
a      1.0
b      2.0
dtype: float64

In [49]: obj3+obj4
Out[49]:
a      2.0
b      4.0
c      NaN
one    NaN
dtype: float64

series对象本身及其索引都有一个name属性,该属性跟pandas其他关键功能关系非常密切:

In [50]: obj4.name='pop4'

In [51]: obj4.index.name='state4'

In [52]: obj4
Out[52]:
state4
one    NaN
a      1.0
b      2.0
Name: pop4, dtype: float64

series索引可以通过赋值的方式就地修改:

In [53]: obj
Out[53]:
0    4
1   -2
2    5
3    0
dtype: int64

In [54]: obj.index=['a','b','c','d']

In [55]: obj
Out[55]:
a    4
b   -2
c    5
d    0
dtype: int64

DataFrame

DataFrame是一个表格型数据结构。它含有一组有序的列,每列可以是不同的值类型(数值、字符串、布尔值等)。DataFrame即可有行索引也可以有列索引,它可以被看做是由Series组成的字典(共同一个索引)跟其他的类似的数据结构相比,DataFrame中面向行和面向列的操作基本上是平衡的。其实,DataFrame中数据是以一个或多个二维块存放的。

构建DataFrame最常见的方法是直接传入一个等长列表或numpy数组组成的字典:

In [65]: data={'state':[True,True,False,True,False],'year':[2000,2001,2002,2003,2004]}

In [66]: data
Out[66]:
{'state': [True, True, False, True, False],
 'year': [2000, 2001, 2002, 2003, 2004]}

In [67]: frame=DataFrame(data)

In [68]: frame
Out[68]:
   state  year
0   True  2000
1   True  2001
2  False  2002
3   True  2003
4  False  2004

如果指定了列序列,则DataFrame的列就会按照指定顺序进行排列:

In [69]: DataFrame(data,columns=['year','state'])
Out[69]:
   year  state
0  2000   True
1  2001   True
2  2002  False
3  2003   True
4  2004  False

跟series一样,如果传入的列在数据中找不到就会产生NA值。

通过类似字典标记的方式或属性的方式,可以将DataFrame的列获取为一个Series:

In [70]: frame['state']
Out[70]:
0     True
1     True
2    False
3     True
4    False
Name: state, dtype: bool

In [71]: frame['year']
Out[71]:
0    2000
1    2001
2    2002
3    2003
4    2004
Name: year, dtype: int64

In [72]: type(frame['year'])
Out[72]: pandas.core.series.Series

返回的series拥有DataFrame相同的索引,且其name属性也已经被相应的设置好了 。

列可以通过赋值的方式进行修改,如我们增加一列‘debt’,赋上一个标量值或一组值:

In [77]: frame['debt']=16.25

In [78]: frame
Out[78]:
   state  year   debt
0   True  2000  16.25
1   True  2001  16.25
2  False  2002  16.25
3   True  2003  16.25
4  False  2004  16.25

 In [79]: frame['debt']=np.arange(5)
 In [80]: frame
 Out[80]:
    state  year  debt
 0   True  2000     0
 1   True  2001     1
 2  False  2002     2
 3   True  2003     3
 4  False  2004     4

将列表或数组赋值给某一列时,长度必须要跟DataFrame的长度相匹配。如果赋值的是一个Series,就会精匹配DataFrame的索引,所有空位都会被填上缺省值:

In [85]: frame
Out[85]:
       state  year  debt  
one     True  2000     0   
two     True  2001     1    
three  False  2002     2   
four    True  2003     3    
five   False  2004     4    

In [86]: val=Series([-1.2,-1.5,-1.7],index=['one','two','three'])

In [87]: frame['debt2']=val

In [88]: frame
Out[88]:
       state  year  debt  debt2
one     True  2000     0   -1.2
two     True  2001     1   -1.5
three  False  2002     2   -1.7
four    True  2003     3    NaN
five   False  2004     4    NaN

为不存在的列赋值会创出一个心裂,关键字del用于删除列

In [92]: del frame['state1']

In [93]: frame
Out[93]:
       state  year  debt  debt2
one     True  2000     0   -1.2
two     True  2001     1   -1.5
three  False  2002     2   -1.7
four    True  2003     3    NaN
five   False  2004     4    NaN

另一种常见的数据形式的嵌套字典:

In [94]: pop={'year':{2001:1.5,2002:1.6,2007:2},'prices':{2001:2.5,2002:3}}

如果将它传给DataFrame,它就会被解释为:外层的字典作为键的关键列,内层的则作为行索引:

In [95]: frame3=DataFrame(pop)

In [96]: frame3
Out[96]:
      year  prices
2001   1.5     2.5
2002   1.6     3.0
2007   2.0     NaN

可以对结果进行转置:

In [97]: frame3.T
Out[97]:
        2001  2002  2007
year     1.5   1.6   2.0
prices   2.5   3.0   NaN

内层的字典的键会被合并、排序以形成最终的索引。如果显式指定了索引:

In [109]: frame3.index=[2001,2002,2003]

In [111]: frame3
Out[111]:
      year  prices
2001   1.5     2.5
2002   1.6     3.0
2003   2.0     NaN

可以输入给DataFrame构造器的数据:

1.二维ndarry

2.由数组、列表或元祖组成的字典

3.numpy结构化

4.Series组成的字典

5.由字典组成的字典

6.字典或series的列表

7.由列表或元祖组成的列表

8.另一个DataFrame

9.numpy的MaskedArray

如果设置了DataFrame的index和columns的name属性,则这些信息也会显示出来

In [113]: frame3.index.name='year';frame3.columns.name='state'

In [114]: frame3
Out[114]:
state  year  prices
year
2001    1.5     2.5
2002    1.6     3.0
2003    2.0     NaN

索引对象

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