Pandas 是 Python 的核心数据分析支持库，提供了快速、灵活、明确的数据结构，旨在简单、直观地处理关系型、标记型数据。Pandas 的目标是成为 Python 数据分析实践与实战的必备高级工具，其长远目标是成为最强大、最灵活、可以支持任何语言的开源数据分析工具。经过多年不懈的努力，Pandas 离这个目标已经越来越近了。
Pandas 适用于处理以下类型的数据：
| 与 SQL 或 Excel 表类似的，含异构列的表格数据; |
|---|
| 有序和无序（非固定频率）的时间序列数据; |
| 带行列标签的矩阵数据，包括同构或异构型数据; |
| 任意其它形式的观测、统计数据集, 数据转入 Pandas 数据结构时不必事先标记。 |
Pandas 的主要数据结构是 Series（一维数据）与 DataFrame（二维数据），这两种数据结构足以处理金融、统计、社会科学、工程等领域里的大多数典型用例。对于 R 用户，DataFrame 提供了比 R 语言 data.frame 更丰富的功能。Pandas 基于 NumPy 开发，可以与其它第三方科学计算支持库完美集成。
Pandas 就像一把万能瑞士军刀，下面仅列出了它的部分优势 ：
处理浮点与非浮点数据里的缺失数据，表示为 NaN； 大小可变：插入或删除 DataFrame 等多维对象的列；
自动、显式数据对齐：显式地将对象与一组标签对齐，也可以忽略标签，在 Series、DataFrame 计算时自动与数据对齐；
强大、灵活的分组（group by）功能：拆分-应用-组合数据集，聚合、转换数据； 把 Python 和 NumPy
数据结构里不规则、不同索引的数据轻松地转换为 DataFrame 对象； 基于智能标签，对大型数据集进行切片、花式索引、子集分解等操作；
直观地合并（merge）、**连接（join）**数据集； 灵活地重塑（reshape）、**透视（pivot）**数据集；
轴支持结构化标签：一个刻度支持多个标签； 成熟的 IO 工具：读取文本文件（CSV 等支持分隔符的文件）、Excel
文件、数据库等来源的数据，利用超快的 HDF5 格式保存 / 加载数据；
时间序列：支持日期范围生成、频率转换、移动窗口统计、移动窗口线性回归、日期位移等时间序列功能。
这些功能主要是为了解决其它编程语言、科研环境的痛点。处理数据一般分为几个阶段：数据整理与清洗、数据分析与建模、数据可视化与制表，Pandas 是处理数据的理想工具。
其它说明：
Pandas 速度很快。Pandas 的很多底层算法都用 Cython 优化过。然而，为了保持通用性，必然要牺牲一些性能，如果专注某一功能，完全可以开发出比 Pandas 更快的专用工具。Pandas 是 statsmodels 的依赖项，因此，Pandas 也是 Python 中统计计算生态系统的重要组成部分。Pandas 已广泛应用于金融领域。
#数据结构
| 维数 | 名称 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | Series | 带标签的一维同构数组 |
| 2 | DataFrame | 带标签的，大小可变的，二维异构表格 |
用值列表生成 Series 时，Pandas 默认自动生成整数索引：
In [3]: s = pd.Series([1, 3, 5, np.nan, 6, 8])
In [4]: s
Out[4]:
0 1.0
1 3.0
2 5.0
3 NaN
4 6.0
5 8.0
dtype: float64
用含日期时间索引与标签的 NumPy 数组生成 DataFrame：
In [5]: dates = pd.date_range('20130101', periods=6)
In [6]: dates
Out[6]:
DatetimeIndex(['2013-01-01', '2013-01-02', '2013-01-03', '2013-01-04',
'2013-01-05', '2013-01-06'],
dtype='datetime64[ns]', freq='D')
In [7]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(6, 4), index=dates, columns=list('ABCD'))
In [8]: df
Out[8]:
A B C D
2013-01-01 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632
2013-01-02 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013-01-03 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
2013-01-04 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860
2013-01-05 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
2013-01-06 -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988
用 Series 字典对象生成 DataFrame:
In [9]: df2 = pd.DataFrame({'A': 1.,
...: 'B': pd.Timestamp('20130102'),
...: 'C': pd.Series(1, index=list(range(4)), dtype='float32'),
...: 'D': np.array([3] * 4, dtype='int32'),
...: 'E': pd.Categorical(["test", "train", "test", "train"]),
...: 'F': 'foo'})
...:
In [10]: df2
Out[10]:
A B C D E F
0 1.0 2013-01-02 1.0 3 test foo
1 1.0 2013-01-02 1.0 3 train foo
2 1.0 2013-01-02 1.0 3 test foo
3 1.0 2013-01-02 1.0 3 train foo
下列代码说明如何查看 DataFrame 头部和尾部数据：
In [13]: df.head()
Out[13]:
A B C D
2013-01-01 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632
2013-01-02 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013-01-03 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
2013-01-04 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860
2013-01-05 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
In [14]: df.tail(3)
Out[14]:
A B C D
2013-01-04 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860
2013-01-05 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
2013-01-06 -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988
显示索引与列名：
In [15]: df.index
Out[15]:
DatetimeIndex(['2013-01-01', '2013-01-02', '2013-01-03', '2013-01-04',
'2013-01-05', '2013-01-06'],
dtype='datetime64[ns]', freq='D')
In [16]: df.columns
Out[16]: Index(['A', 'B', 'C', 'D'], dtype='object')
下面的 df 这个 DataFrame 里的值都是浮点数，DataFrame.to_numpy() 的操作会很快，而且不复制数据。
In [17]: df.to_numpy()
Out[17]:
array([[ 0.4691, -0.2829, -1.5091, -1.1356],
[ 1.2121, -0.1732, 0.1192, -1.0442],
[-0.8618, -2.1046, -0.4949, 1.0718],
[ 0.7216, -0.7068, -1.0396, 0.2719],
[-0.425 , 0.567 , 0.2762, -1.0874],
[-0.6737, 0.1136, -1.4784, 0.525 ]])
describe() 可以快速查看数据的统计摘要：
In [19]: df.describe()
Out[19]:
A B C D
count 6.000000 6.000000 6.000000 6.000000
mean 0.073711 -0.431125 -0.687758 -0.233103
std 0.843157 0.922818 0.779887 0.973118
min -0.861849 -2.104569 -1.509059 -1.135632
25% -0.611510 -0.600794 -1.368714 -1.076610
50% 0.022070 -0.228039 -0.767252 -0.386188
75% 0.658444 0.041933 -0.034326 0.461706
max 1.212112 0.567020 0.276232 1.071804
转置数据：
In [20]: df.T
Out[20]:
2013-01-01 2013-01-02 2013-01-03 2013-01-04 2013-01-05 2013-01-06
A 0.469112 1.212112 -0.861849 0.721555 -0.424972 -0.673690
B -0.282863 -0.173215 -2.104569 -0.706771 0.567020 0.113648
C -1.509059 0.119209 -0.494929 -1.039575 0.276232 -1.478427
D -1.135632 -1.044236 1.071804 0.271860 -1.087401 0.524988
按轴排序：
In [21]: df.sort_index(axis=1, ascending=False)
Out[21]:
D C B A
2013-01-01 -1.135632 -1.509059 -0.282863 0.469112
2013-01-02 -1.044236 0.119209 -0.173215 1.212112
2013-01-03 1.071804 -0.494929 -2.104569 -0.861849
2013-01-04 0.271860 -1.039575 -0.706771 0.721555
2013-01-05 -1.087401 0.276232 0.567020 -0.424972
2013-01-06 0.524988 -1.478427 0.113648 -0.673690
按值排序：
In [22]: df.sort_values(by='B')
Out[22]:
A B C D
2013-01-03 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
2013-01-04 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860
2013-01-01 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632
2013-01-02 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013-01-06 -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988
2013-01-05 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
获取数据
选择单列，产生 Series，与 df.A 等效：
In [23]: df['A']
Out[23]:
2013-01-01 0.469112
2013-01-02 1.212112
2013-01-03 -0.861849
2013-01-04 0.721555
2013-01-05 -0.424972
2013-01-06 -0.673690
Freq: D, Name: A, dtype: float64
用 [ ] 切片行：
In [24]: df[0:3]
Out[24]:
A B C D
2013-01-01 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632
2013-01-02 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013-01-03 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
In [25]: df['20130102':'20130104']
Out[25]:
A B C D
2013-01-02 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013-01-03 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
2013-01-04 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860
按标签选择
用标签提取一行数据：
In [26]: df.loc[dates[0]]
Out[26]:
A 0.469112
B -0.282863
C -1.509059
D -1.135632
Name: 2013-01-01 00:00:00, dtype: float64
用标签选择多列数据：
In [27]: df.loc[:, ['A', 'B']]
Out[27]:
A B
2013-01-01 0.469112 -0.282863
2013-01-02 1.212112 -0.173215
2013-01-03 -0.861849 -2.104569
2013-01-04 0.721555 -0.706771
2013-01-05 -0.424972 0.567020
2013-01-06 -0.673690 0.113648
用标签切片，包含行与列结束点：
In [28]: df.loc['20130102':'20130104', ['A', 'B']]
Out[28]:
A B
2013-01-02 1.212112 -0.173215
2013-01-03 -0.861849 -2.104569
2013-01-04 0.721555 -0.706771
返回对象降维：
In [29]: df.loc['20130102', ['A', 'B']]
Out[29]:
A 1.212112
B -0.173215
Name: 2013-01-02 00:00:00, dtype: float64
提取标量值：
In [30]: df.loc[dates[0], 'A']
Out[30]: 0.46911229990718628
快速访问标量，与上述方法等效：
In [31]: df.at[dates[0], 'A']
Out[31]: 0.46911229990718628
按位置选择
用整数位置选择：
In [32]: df.iloc[3]
Out[32]:
A 0.721555
B -0.706771
C -1.039575
D 0.271860
Name: 2013-01-04 00:00:00, dtype: float64
类似 NumPy / Python，用整数切片：
In [33]: df.iloc[3:5, 0:2]
Out[33]:
A B
2013-01-04 0.721555 -0.706771
2013-01-05 -0.424972 0.567020
类似 NumPy / Python，用整数列表按位置切片：
In [34]: df.iloc[[1, 2, 4], [0, 2]]
Out[34]:
A C
2013-01-02 1.212112 0.119209
2013-01-03 -0.861849 -0.494929
2013-01-05 -0.424972 0.276232
显式整行切片：
In [35]: df.iloc[1:3, :]
Out[35]:
A B C D
2013-01-02 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013-01-03 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
显式整列切片：
In [36]: df.iloc[:, 1:3]
Out[36]:
B C
2013-01-01 -0.282863 -1.509059
2013-01-02 -0.173215 0.119209
2013-01-03 -2.104569 -0.494929
2013-01-04 -0.706771 -1.039575
2013-01-05 0.567020 0.276232
2013-01-06 0.113648 -1.478427
显式提取值：
In [37]: df.iloc[1, 1]
Out[37]: -0.17321464905330858
快速访问标量，与上述方法等效：
In [38]: df.iat[1, 1]
Out[38]: -0.17321464905330858
描述性统计,求均值：
In [61]: df.mean()
Out[61]:
A -0.004474
B -0.383981
C -0.687758
D 5.000000
F 3.000000
dtype: float64
连接（join）
SQL 风格的合并。 详见数据库风格连接。
In [77]: left = pd.DataFrame({'key': ['foo', 'foo'], 'lval': [1, 2]})
In [78]: right = pd.DataFrame({'key': ['foo', 'foo'], 'rval': [4, 5]})
In [79]: left
Out[79]:
key lval
0 foo 1
1 foo 2
In [80]: right
Out[80]:
key rval
0 foo 4
1 foo 5
In [81]: pd.merge(left, right, on='key')
Out[81]:
key lval rval
0 foo 1 4
1 foo 1 5
2 foo 2 4
3 foo 2 5
Reference
pandas中文教程
数据分析教程
