数据分析——Pandas的用法（Series,DataFrame）

我们先要了解，pandas是基于Numpy构建的，pandas中很多的用法和numpy一致。pandas中又有series和DataFrame，Series是DataFrame的基础。

pandas的主要功能：

• 具备对其功能的数据结构DataFrame，Series
• 集成时间序列功能
• 提供丰富的数学运算和操作
• 灵活处理缺失数据，处理NaN数据（******）

一、Series

Series是一种类似于一维数组的对象，由一组数据和一组与之相关的数据标签(索引)组成

1.创建方法

第一种：
pd.Series([4,5,6,7])
#执行结果
0    4
1    5
2    6
3    7
dtype: int64
#将数组索引以及数组的值打印出来，索引在左，值在右，由于没有为数据指定索引，于是会自动创建一个0到N-1（N为数据的长度）的整数型索引，取值的时候可以通过索引取
第二种：
pd.Series([4,5,6,7,8],index=['a','b','c','d','e'])   #index索引是用[]
#执行结果
a    4
b    5
c    6
d    7
e    8
dtype: int64
# 自定义索引，index是指定的索引名，是一个索引列表，里面包含的是字符串，依然可以通过默认索引取值。
第三种：
pd.Series({"a":1,"b":2})  #传入字典格式数据
#执行结果：
a    1
b    2
dtype: int64
# 传入字典格式的数据，字典的key当成指定索引
第四种：
pd.Series(0,index=['a','b','c'])
#执行结果：
a    0
b    0
c    0
dtype: int64
# 创建一个值都是0的数组

对于Series，其实我们可以认为它是一个长度固定且有序的字典，因为它的索引和数据是按位置进行匹配的，像我们会使用字典的上下文，就肯定也会使用Series，也支持通过索引取值。

2.缺失数据（******）在处理数据的时候经常会遇到这类情况

• dropna() # 过滤掉值为NaN的行
• fillna() # 填充缺失数据
• isnull() # 返回布尔数组，缺失值对应为True
• notnull() # 返回布尔数组，缺失值对应为False

# 第一步，创建一个字典，通过Series方式创建一个Series对象
st = {"sean":18,"yang":19,"bella":20,"cloud":21}
obj = pd.Series(st)
obj
运行结果：
sean     18
yang     19
bella    20
cloud    21
dtype: int64
------------------------------------------
# 第二步
a = {'sean','yang','cloud','rocky'}  # 定义一个索引变量
------------------------------------------
#第三步
obj1 = pd.Series(st,index=a)
obj1  # 将第二步定义的a变量作为索引传入

# 运行结果：
rocky     NaN
cloud    21.0
sean     18.0
yang     19.0
dtype: float64
# 因为rocky没有出现在st的键中，所以返回的是缺失值

dropna()   #过滤掉值有NaN的行

obj1.dropna()
#执行结果
cloud    21.0
sean     18.0
yang     19.0
dtype: float64

fillna()     #填充缺失数据，这个填写1

obj1.fillna(1)
#执行结果
cloud    21.0
sean     18.0
yang     19.0
rocky     1.0
dtype: float64

isnull()    #缺失值返回True

obj1.isnull()
#执行结果
cloud    False
sean     False
yang     False
rocky     True
dtype: bool

notnull()   #不是缺失值返回True

obj1.notnull()
#执行结果
cloud     True
sean      True
yang      True
rocky    False
dtype: bool

利用布尔值索引过滤缺失值

obj1[obj1.notnull()]   #只有True的才显示
#执行结果
cloud    21.0
sean     18.0
yang     19.0
dtype: float64

3.Series特性

• 从ndarray创建Series:Series(arr)
• 与标量（数字）：sr * 2
• 两个Series运算
• 通用函数：np.ads(sr)
• 布尔值过滤：sr[sr>0]
• 统计函数：mean()、sum()、cumsum()

因为pandas是基于numpy的，所以有numpy的很多特性,Series和numpy很多类似

支持字典的特性：

• 从字典创建Series：Series(dic),
• In运算：'a'in sr、for x in sr
• 键索引：sr['a'],sr[['a','b','d']]
• 键切片：sr['a':'c']
• 其他函数：get('a',default=0)等

4.整数索引

sr = pd.Series(np.arange(10))
sr1 = sr[3:]
sr1
运行结果：
3    3
4    4
5    5
6    6
7    7
8    8
9    9
dtype: int32
# 到这里会发现很正常，一点问题都没有，可是当使用整数索引取值的时候就会出现问题了。因为在pandas当中使用整数索引取值是优先以标签解释的（就是index的值），而不是下标。

比如我想取索引值为1的数值，不再是我们之前的那种方法

sr1[1]   #这种方式是取不出的，因为默认优先的是以标签解释的，这个没有1的标签（index）

解决方法：

• loc属性 # 以标签解释
• iloc属性 # 以下标(索引)解释

sr1.iloc[1]  #以下标取值，（索引值为1的）
#执行结果
4

sr1.loc[4]   #以标签取值（index值为1）
#执行结果
4

5.Series数据对齐

sr1 = pd.Series([12,23,34], index=['c','a','d'])
sr2 = pd.Series([11,20,10], index=['d','c','a',])
sr1 + sr2
运行结果:
a    33
c    32
d    45
dtype: int64
# 可以通过这种索引对齐直接将两个Series对象进行运算
sr3 = pd.Series([11,20,10,14], index=['d','c','a','b'])
sr1 + sr3
运行结果：
a    33.0
b     NaN
c    32.0
d    45.0
dtype: float64
# sr1 和 sr3的索引不一致，所以最终的运行会发现b索引对应的值无法运算，就返回了NaN,一个缺失值

将两个Series对象相加时将缺失值设为0

sr1 = pd.Series([12,23,34], index=['c','a','d'])
sr3 = pd.Series([11,20,10,14], index=['d','c','a','b'])
sr1.add(sr3,fill_value=0)
运行结果：
a    33.0
b    14.0
c    32.0
d    45.0
dtype: float64
# 将缺失值设为0，所以最后算出来b索引对应的结果为14

二.DataFrame

DataFrame是一个表格型的数据结构，相当于是一个二维数组，含有一组有序的列。他可以被看做是由Series组成的字典，并且共用一个索引（这里的索引指的就是列索引）。

1.创建方式

创建一个DataFrame数组可以有多种方式，其中最为常用的方式就是利用包含等长度列表或Numpy数组的字典来形成DataFrame：

第一种：
pd.DataFrame({'one':[1,2,3,4],'two':[4,3,2,1]})
# 产生的DataFrame会自动为Series分配所索引，并且列会按照排序的顺序排列
运行结果：
    one two
0   1   4
1   2   3
2   3   2
3   4   1
#字典的key就是列索引，行索引和series一致
> 指定列
可以通过columns参数指定顺序排列
data = pd.DataFrame({'one':[1,2,3,4],'two':[4,3,2,1]})
pd.DataFrame(data,columns=['two','one'])  #指定显示顺序
#执行结果
    two    one
0    4    1
1    3    2
2    2    3
3    1    4
#注意：columns一定要是key值中的，才能匹配的到，不然会报错
第二种：
pd.DataFrame({'one':pd.Series([1,2,3],index=['a','b','c']),'two':pd.Series([1,2,3],index=['b','a','c'])})
运行结果：
   one  two
a   1   2
b   2   1
c   3   3
#字典的key是列索引，index是行索引

2.查看数据

常用属性和方法：（和numpy类似）

• index 获取行索引
• columns 获取列索引
• T 转置
• values 获取值
• describe() 获取快速统计

 one    two
a   1   2
b   2   1
c   3   3
# 这样一个数组df
-----------------------------------------------------------------------------
df.index    #行索引
运行结果：
Index(['a', 'b', 'c'], dtype='object')
----------------------------------------------------------------------------
df.columns  #列索引
运行结果：
Index(['one', 'two'], dtype='object')
--------------------------------------------------------------------------
df.T  #转置
运行结果：
    a   b   c
one 1   2   3
two 2   1   3
-------------------------------------------------------------------------
df.values  #获取值，ndarray类型
运行结果：
array([[1, 2],
       [2, 1],
       [3, 3]], dtype=int64)
------------------------------------------------------------------------
df.describe()  #统计信息
运行结果：
one two
count   3.0 3.0
mean    2.0 2.0
std 1.0 1.0
min 1.0 1.0
25% 1.5 1.5
50% 2.0 2.0
75% 2.5 2.5
max 3.0 3.0

3.索引和切片

• DataFrame有行索引和列索引。
• DataFrame同样可以通过标签和位置两种方法进行索引和切片。

DataFrame使用索引切片：

• 方法1：两个中括号，先取列再取行。 比如：df['A'][0]
• 方法2（推荐）：使用loc/iloc属性，一个中括号，逗号隔开，先取行再取列。
  • loc属性：解释为标签
  • iloc属性：解释为下标
• 向DataFrame对象中写入值时只使用方法2
• 行/列索引部分可以是常规索引、切片、布尔值索引、花式索引任意搭配。（注意：两部分都是花式索引时结果可能与预料的不同）

4.常见获取数据的方式 

打开csv，excel等文档获取数据

df=pd.read_csv('./douban_movie.csv') #填写正确的文件路径
df.head()   #head默认显示前五条

另存为

df.to_csv('./a.csv',index=False)   #另存为，不要保存行索引(index索引)，不然打开a.csv会出现两个行索引

read_html  获取页面上的表格

举例子：计算nba球队获取总冠军的次数

dd=pd.read_html('https://baike.baidu.com/item/NBA%E6%80%BB%E5%86%A0%E5%86%9B/2173192?fr=aladdin') #地址为百度nba总冠军记录，返回的结果是列表，此页面的所有表格数据

因为是返回值是列表，所以一个表格代表一个元素，因为此页面中有两个表格，索引我们按照索引取值的方式取出第一个表格

champion=dd[0]
champion.head()  #显示前5条

champion.columns=champion.iloc[0]    #将第一行的数据赋值给列名（colimns代表列名）
champion.drop([0],inplace=True)  #将数据的第一行删除掉

根据冠军球队来分组

champion.groupby('冠军').groups

统计次数，然后排序

champion.groupby('冠军').size().sort_values(ascending=False)

 5.时间对象处理

 时间序列类型

• 时间戳：特定时刻
• 固定时期：如2019年1月
• 时间间隔：起始时间-结束时间

 python库：datatime

• date、time、datetime、timedelta
• dt.strftime()
• strptime()

 灵活处理时间对象：dateutil包

• dateutil.parser.parse()

import dateutil
dateutil.parser.parse("2019 Jan 2nd")   #注意时间格式一定要是英文格式

执行结果：
datetime.datetime(2019, 1, 2, 0, 0)

成组处理时间对象：pandas   (******)

pd.to_datetime(['2018-03-01','2019 Feb 3','08/12-/019'])   #处理时间

运行结果：
DatetimeIndex(['2018-03-01', '2019-02-03', '2019-08-12'], dtype='datetime64[ns]', freq=None)  # 产生一个DatetimeIndex对象

# 转换时间索引，将时间做成索引
ind = pd.to_datetime(['2018-03-01','2019 Feb 3','08/12-/019'])
sr = pd.Series([1,2,3],index=ind)
sr
运行结果：
2018-03-01    1
2019-02-03    2
2019-08-12    3
dtype: int64
通过以上方式就可以将索引转换为时间

补充：
pd.to_datetime(['2018-03-01','2019 Feb 3','08/12-/019']).to_pydatetime()
运行结果：
array([datetime.datetime(2018, 3, 1, 0, 0),
       datetime.datetime(2019, 2, 3, 0, 0),
       datetime.datetime(2019, 8, 12, 0, 0)], dtype=object)
# 通过to_pydatetime()方法将其转换为array数组

产生时间对象数组:data_range

• start 开始时间
• end 结束时间
• periods 时间长度
• freq 时间频率，默认为'D'，可选H(our),W(eek),B(usiness),S(emi-)M(onth),(min)T(es), S(econd), A(year),…

pd.date_range("2019-1-1","2019-2-2")
运行结果：
DatetimeIndex(['2019-01-01', '2019-01-02', '2019-01-03', '2019-01-04',
               '2019-01-05', '2019-01-06', '2019-01-07', '2019-01-08',
               '2019-01-09', '2019-01-10', '2019-01-11', '2019-01-12',
               '2019-01-13', '2019-01-14', '2019-01-15', '2019-01-16',
               '2019-01-17', '2019-01-18', '2019-01-19', '2019-01-20',
               '2019-01-21', '2019-01-22', '2019-01-23', '2019-01-24',
               '2019-01-25', '2019-01-26', '2019-01-27', '2019-01-28',
               '2019-01-29', '2019-01-30', '2019-01-31', '2019-02-01',
               '2019-02-02'],
              dtype='datetime64[ns]', freq='D')   #默认是D，按天算.  M:按月算

时间序列

时间序列就是以时间对象为索引的Series或DataFrame。datetime对象作为索引时是存储在DatetimeIndex对象中的。

# 转换时间索引

dt = pd.date_range("2019-01-01","2019-02-02")
a = pd.DataFrame({"num":pd.Series(random.randint(-100,100) for _ in range(30)),"date":dt})

# 先生成一个带有时间数据的DataFrame数组

a.index = pd.to_datetime(a["date"])
# 再通过index修改索引

特殊功能：

• 传入“年”或“年月”作为切片方式
• 传入日期范围作为切片方式
• 丰富的函数支持：resample(), strftime(), ……
• 批量转换为datetime对象：to_pydatetime()

a.resample("3D").mean()  # 计算每三天的均值
a.resample("3D").sum()  #  计算每三天的和
...

6.数据分组和聚合

在数据分析当中，我们有时需要将数据拆分，然后在每一个特定的组里进行运算，这些操作通常也是数据分析工作中的重要环节。

• 分组(GroupBY机制)  （分组是经常用到的）
• 聚合函数(组内应用某个函数)
• apply
• 透视表和交叉表

 分组(GroupBY机制)

主要就是groupby结合索引和size的使用

 聚合函数（组内应用某个函数）

函数名	描述
sum	非NA值的和
median	非NA值的算术中位数
std、var	无偏（分母为n-1）标准差和方差
prod	非NA值的积
first、last	第一个和最后一个非NA值

 apply(******)

GroupBy当中自由度最高的方法就是apply，它会将待处理的对象拆分为多个片段，然后各个片段分别调用传入的函数，最后将它们组合到一起。

df.apply(
['func', 'axis=0', 'broadcast=None', 'raw=False', 'reduce=None', 'result_type=None', 'args=()', '**kwds']

func:传入一个自定义函数
axis:函数传入参数当axis=0就会把一行数据作为Series的数据