第二节 pandas 基础知识

　　pandas 两种数据结构 Series和DataFrame

一 Series 一种类似与一维数组的对象

values：一组数据（ndarray类型）
index：相关的数据索引标签

1.1 series的创建　　

Series(data=None, index=None, dtype=None, name=None, copy=False, fastpath=False)
 
data:列表/numpy一维数据/dic.
index:显示索引,格式为:[]
dtype:数据的类型
name:Series的唯一标识
copy:是否产生副本

两种创建方式：
    ()由列表或numpy数组创建
    ()由字典创建:不能在使用index.但是依然存在默认索引

方式一:由列表或numpy数组创建

#使用列表创建Series
Series(data=[1,2,3,4,5])

　　其中0,1,2,3,4是默认索引.

#使用numpy创建数组
arr=np.random.randint(50,100,size=(10,))
s2=Series(data=arr,index=['a','b','c','d','e','f','g','h','i','j'],name='s2') #index指定显示索引
s2

方式二:由字典创建

dic = {
    'math':100,
    'English':99
}
s = Series(data=dic)
s

注意:
    使用字典创建Series,key作为显示索引,value作为数据

1.2 Series的索引和切片

1.2.1 索引

可以使用中括号取单个索引（此时返回的是元素类型），或者中括号里一个列表取多个索引（此时返回的是一个Series类型）。

(1) 显式索引：

- 使用index中的元素作为索引值
- 使用s.loc[]（推荐）:注意，loc中括号中放置的一定是显示索引

注意，此时是闭区间

(2) 隐式索引：

- 使用整数作为索引值
- 使用.iloc[]（推荐）:iloc中的中括号中必须放置隐式索引

注意，此时是半开区间

s.math #属性索引,不推荐使用
 
s[0] #直接索引
 
s['math'] #直接的显式索引
 
s.loc['math']  #显式索引
 
s.iloc[0:2]  #隐式索引

1.2.1 切片:隐式索引切片和显示索引切片

显示索引切片:index和loc
隐式索引切片：整数索引值和iloc

1.3 Series的基本概念

　　可以把Series看成一个定长的有序字典，向Series增加一行：相当于给字典增加一组键值对。

s.shape ---> (2,)
 
s.values ---> array([100,  99], dtype=int64)
 
s.index  ----> Index(['math', 'English'], dtype='object')
 
s.head(1) ----> 取第一条数据
 
s.tail(1) ----> 取最后一条数据

　　 ***去重

s = Series([1,1,2,2,3,3,4,5,6,6,6,7,8,8,0])
 
s.unique()  #去重函数

1.3 Series的运算

(1) + - * /
 
(2) add() sub() mul() div() : s1.add(s2,fill_value=0)

s1.add(s2)  #s1+s2

注意:
    Series之间的运算在运算中自动对齐不同索引的数据,如果索引不对应，则补NaN.

1.4 索引不能完全对齐的加法运算详解

s1 = Series([1,2,3,4,5],index=['a','b','c','d','e'])
s2 = Series([1,2,3,4,5],index=['a','b','c','f','e'])

s3 = s1+s2   #数据清洗
s3

　　其中未对齐的数据,用NaN填充,这些数据属于无效数据.此时我们可以使用pd.isnull()，pd.notnull()，或s.isnull(),notnull()函数检测缺失数据.

s3.isnull() #检查数据是否为空值.

#要求去除错误数据
 
#第一步:获取数据的bool值一维数组
 
s3.notnull() #如果数据为空,返回false,不为空为True
 
#第二步:使用获取的bool数组过滤数据,留下true的数据
 
s3[s3.notnull()]

二 DataFrame

DataFrame是一个【表格型】的数据结构。DataFrame由按一定顺序排列的多列数据组成。设计初衷是将Series的使用场景从一维拓展到多维。DataFrame既有行索引，也有列索引。

行索引：index
列索引：columns
值：values

2.1 DataFrame的创建

　　最常用的方法是传递一个字典来创建。DataFrame以字典的键作为每一【列】的名称，以字典的值（一个数组）作为每一列。

此外，DataFrame会自动加上每一行的索引。

使用字典创建的DataFrame后，则columns参数将不可被使用。

同Series一样，若传入的列与字典的键不匹配，则相应的值为NaN。

2.1.1 使用ndarray创建DataFrame

DataFrame(data=np.random.randint(0,100,size=(3,3)),index=['a','b','c'],columns=['A','B','C'])

2.1.2 使用字典创建

dic = {
    'name':['tom','jay','bobo'],
    'salary':[10000,5000,6000]
}
DataFrame(data=dic,index=['one','two','three'])

2.1.3 属性

　　DataFrame属性：values、columns、index、shape

2.2 DataFrame的索引

(1) 对列进行索引
 
- 通过类似字典的方式  df['q']
- 通过属性的方式     df.q
可以将DataFrame的列获取为一个Series。返回的Series拥有原DataFrame相同的索引，且name属性也已经设置好了，
就是相应的列名。

　　(2) 对行进行索引

　　- 使用.loc[]加index来进行行索引
　　- 使用.iloc[]加整数来进行行索引

　　同样返回一个Series，index为原来的columns。

　　(3) 对元素索引的方法

　　- 使用列索引
　　- 使用行索引(iloc[3,1] or loc['C','q']) 行索引在前，列索引在后

#创建数据
dic = {
    '张三':[150,150,150,300],
    '李四':[0,0,0,0]
}
df = DataFrame(data=dic,index=['语文','数学','英语','理综'])
df

(1)对行索引

df['张三']
 
df.李四
 
#修改列索引
df.columns = ['zhangsan','lisi']
 
#获取前两列
df[['lisi','zhangsan']]

(2)对行索引

df.loc['数学']
 
df.iloc[1]
 
df.loc[['语文','英语']]

(3)对元素索引

df.loc['理综','zhangsan']  #使用','隔开,格式:[行,列]

2.3 DataFrame的切片

【注意】 直接用中括号时：
 
　　索引表示的是列索引
　　切片表示的是行切片

df[0:2]   #切行
 
df.iloc[:,0:2]   #切列

2.4 DataFrame的运算

（1） DataFrame之间的运算
 
    同Series一样：
 
- 在运算中自动对齐不同索引的数据
- 如果索引不对应，则补NaN

#假设张三期中考试数学被发现作弊，要记为0分，如何实现？
df.iloc[1,0] = 0

#李四因为举报张三作弊立功，期中考试所有科目加100分，如何实现？
df['lisi'] = df['lisi'] + 100
df

df = df + 10  #所有元素+10
df

三处理丢失数据

有两种丢失数据：

None
np.nan(NaN)

#导包
import pandas as pd
from pandas import Series
from pandas import DataFrame
import numpy as np

3.1 None,np.nan

　　None是Python自带的，其类型为python object。因此，None不能参与到任何计算中。

　　np.nan是浮点类型，能参与到计算中。但计算的结果总是NaN。

#查看None的数据类型
type(None)

查看np.nan(NaN)类型
type(np.nan)

3.2 pandas中的None与NaN

1) pandas中None与np.nan都视作np.nan

np.random.seed(2)
df = DataFrame(data=np.random.randint(0,100,size=(7,6)))
df

#将某些数组元素赋值为nan
df.iloc[1,2] = None
df.iloc[2,1] = np.nan
df.iloc[3,4] = None
df

2) pandas处理空值操作

isnull()
notnull()
dropna(): 过滤丢失数据
fillna(): 填充丢失数据

df.isnull()

#自己书写bool一维数组
b = [True,False,False,False,True,True,True]

df.loc[b] #去除有NaN的行数据

使用方法获取bool数组

df.isnull().any(axis=0) #每一行只要有True ,则为True
 
df.isnull().all(axis=0) #每一行全部为True ,则为True
 
固定搭配:# notnull() ===> all()   isnull() ==> any()

condition = df.notnull().all(axis=1)
condition

df.loc[condition]

3) 数据清洗函数

(1)df.dropna() 可以选择过滤的是行还是列（默认为行）:axis中0表示行，1表示的列

(2)df.drop(labels=3,axis=1)   #去除第3行数据
 
df.dropna(axis=0)   #在drop系列的函数中  axis=0 行  1列

(3)df.fillna(value=None, method=None, axis=None, inplace=False, limit=None, downcast=None)
 
value:填充的数据,可以是某一个值,也可以是字典;
method:填充的方法,{'backfill', 'bfill', 'pad', 'ffill', None};
axis : {0 or 'index', 1 or 'columns'};
limit:填充的次数,int, default None