pandas教程

pandas怎么使用呢？不知道的小伙伴来看看阳泰小编今天的pandas教程分享吧！

1、pandas简介：

pandas是python+data+analysis的组合缩写，是python中基于numpy和matplotlib的第三方数据分析库，与后两者共同构成了python数据分析的基础工具包，享有数分三剑客之名。

2、pandas数据结构：

pandas核心数据结构有两种，即一维的series和二维的dataframe，二者可以分别看做是在numpy一维数组和二维数组的基础上增加了相应的标签信息。正因如此，可以从两个角度理解series和dataframe：

series和dataframe分别是一维和二维数组，因为是数组，所以numpy中关于数组的用法基本可以直接应用到这两个数据结构，包括数据创建、切片访问、通函数、广播机制等

series是带标签的一维数组，所以还可以看做是类字典结构：标签是key，取值是value；而dataframe则可以看做是嵌套字典结构，其中列名是key，每一列的series是value。所以从这个角度讲，pandas数据创建的一种灵活方式就是通过字典或者嵌套字典，同时也自然衍生出了适用于series和dataframe的类似字典访问的接口，即通过loc索引访问。

3、 数据读写：

pandas支持大部分的主流文件格式进行数据读写，常用格式及接口为：

文本文件，主要包括csv和txt两种等，相应接口为read_csv()和to_csv()，分别用于读写数据

Excel文件，包括xls和xlsx两种格式均得到支持，底层是调用了xlwt和xlrd进行excel文件操作，相应接口为read_excel()和to_excel()

SQL文件，支持大部分主流关系型数据库，例如MySQL，需要相应的数据库模块支持，相应接口为read_sql()和to_sql()

此外，pandas还支持html、json等文件格式的读写操作。

4、数据访问：

series和dataframe兼具numpy数组和字典的结构特性，所以数据访问都是从这两方面入手。同时，也支持bool索引进行数据访问和筛选。

[ ]，这是一个非常便捷的访问方式，不过需区分series和dataframe两种数据结构理解：

series：既可以用标签也可以用数字索引访问单个元素，还可以用相应的切片访问多个值，因为只有一维信息，自然毫无悬念

dataframe：无法访问单个元素，只能返回一列、多列或多行：单值或多值（多个列名组成的列表）访问时按列进行查询，单值访问不存在列名歧义时还可直接用属性符号" . "访问。切片形式访问时按行进行查询，又区分数字切片和标签切片两种情况：当输入数字索引切片时，类似于普通列表切片；当输入标签切片时，执行范围查询（即无需切片首末值存在于标签列中），包含两端标签结果，无匹配行时返回为空，但要求标签切片类型与索引类型一致。例如，当标签列类型（可通过df.index.dtype查看）为时间类型时，若使用无法隐式转换为时间的字符串作为索引切片，则引发报错。

5、数据处理：

pandas最为强大的功能当然是数据处理和分析，可独立完成数据分析前的绝大部分数据预处理需求。简单归纳来看，主要可分为以下几个方面：

数据清洗

数据处理中的清洗工作主要包括对空值、重复值和异常值的处理：

空值

判断空值，isna或isnull，二者等价，用于判断一个series或dataframe各元素值是否为空的bool结果。需注意对空值的界定：即None或numpy.nan才算空值，而空字符串、空列表等则不属于空值；类似地，notna和notnull则用于判断是否非空

填充空值，fillna，按一定策略对空值进行填充，如常数填充、向前/向后填充等，也可通过inplace参数确定是否本地更改

删除空值，dropna，删除存在空值的整行或整列，可通过axis设置，也包括inplace参数

重复值

检测重复值，duplicated，检测各行是否重复，返回一个行索引的bool结果，可通过keep参数设置保留第一行/最后一行/无保留，例如keep=first意味着在存在重复的多行时，首行被认为是合法的而可以保留

删除重复值，drop_duplicates，按行检测并删除重复的记录，也可通过keep参数设置保留项。由于该方法默认是按行进行检测，如果存在某个需要需要按列删除，则可以先转置再执行该方法

异常值，判断异常值的标准依赖具体分析数据，所以这里仅给出两种处理异常值的可选方法

删除，drop，接受参数在特定轴线执行删除一条或多条记录，可通过axis参数设置是按行删除还是按列删除

替换，replace，非常强大的功能，对series或dataframe中每个元素执行按条件替换操作，还可开启正则表达式功能

数值计算

由于pandas是在numpy的基础上实现的，所以numpy的常用数值计算操作在pandas中也适用：

通函数ufunc，即可以像操作标量一样对series或dataframe中的所有元素执行同一操作，这与numpy的特性是一致的，例如前文提到的replace函数，本质上可算作是通函数。如下实现对数据表中逐元素求平方

广播机制，即当维度或形状不匹配时，会按一定条件广播后计算。由于pandas是带标签的数组，所以在广播过程中会自动按标签匹配进行广播，而非类似numpy那种纯粹按顺序进行广播。例如，如下示例中执行一个dataframe和series相乘，虽然二者维度不等、大小不等、标签顺序也不一致，但仍能按标签匹配得到预期结果

字符串向量化，即对于数据类型为字符串格式的一列执行向量化的字符串操作，本质上是调用series.str属性的系列接口，完成相应的字符串操作。尤为强大的是，除了常用的字符串操作方法，str属性接口中还集成了正则表达式的大部分功能，这使得pandas在处理字符串列时，兼具高效和强力。例如如下代码可用于统计每个句子中单词的个数

时间类型向量化操作，如字符串一样，在pandas中另一个得到"优待"的数据类型是时间类型，正如字符串列可用str属性调用字符串接口一样，时间类型列可用dt属性调用相应接口，这在处理时间类型时会十分有效。

数据转换

pandas还提供了更为强大的数据转换方法

map，适用于series对象，功能与python中的普通map函数类似，即对给定序列中的每个值执行相同的映射操作，不同的是series中的map接口的映射方式既可以是一个函数，也可以是一个字典

apply，既适用于series对象也适用于dataframe对象，但对二者处理的粒度是不一样的：apply应用于series时是逐元素执行函数操作；apply应用于dataframe时是逐行或者逐列执行函数操作（通过axis参数设置对行还是对列，默认是行），仅接收函数作为参数

applymap，仅适用于dataframe对象，且是对dataframe中的每个元素执行函数操作，从这个角度讲，与replace类似，applymap可看作是dataframe对象的通函数。

合并与拼接

pandas中又一个重量级数据处理功能是对多个dataframe进行合并与拼接，对应SQL中两个非常重要的操作：union和join。pandas完成这两个功能主要依赖以下函数：

concat，与numpy中的concatenate类似，但功能更为强大，可通过一个axis参数设置是横向或者拼接，要求非拼接轴向标签唯一（例如沿着行进行拼接时，要求每个df内部列名是唯一的，但两个df间可以重复，毕竟有相同列才有拼接的实际意义）

merge，完全类似于SQL中的join语法，仅支持横向拼接，通过设置连接字段，实现对同一记录的不同列信息连接，支持inner、left、right和outer4种连接方式，但只能实现SQL中的等值连接

join，语法和功能与merge一致，不同的是merge既可以用pandas接口调用，也可以用dataframe对象接口调用，而join则只适用于dataframe对象接口

append，concat执行axis=0时的一个简化接口，类似列表的append函数一样

实际上，concat通过设置axis=1也可实现与merge类似的效果，二者的区别在于：merge允许连接字段重复，类似一对多或者多对一连接，此时将产生笛卡尔积结果；而concat则不允许重复，仅能一对一拼接。