Numpy & Pandas 简介

此篇笔记参考来源为《莫烦Python

运算速度快:numpy 和 pandas 都是采用 C 语言编写, pandas 又是基于 numpy, 是 numpy 的升级版本。

消耗资源少:采用的是矩阵运算,会比 python 自带的字典或者列表快好多

Numpy 学习

2.1 numpy属性

  • ndim:维度
  • shape:行数和列数
  • size:元素个数

举例说明:

import numpy as np

array = np.array([[1,2,3],[2,3,4]])  #列表转化为矩阵
print(array) print('number of dim:',array.ndim) # 维度
# number of dim: 2
print('shape :',array.shape) # 行数和列数
# shape : (2, 3)
print('size:',array.size) # 元素个数
# size: 6

2.2 Numpy 的创建 array

  • array:创建数组
  • dtype:指定数据类型
  • zeros:创建数据全为0
  • ones:创建数据全为1
  • empty:创建数据接近0
  • arrange:按指定范围创建数据
  • linspace:创建线段
import numpy as np

#创建数组array
a = np.array([2,3,4])
print(a)
#[2 3 4] #指定数据类型dtype
b = np.array([2,3,4],dtype = np.int)
print(b.dtype)
#int32 #三行四列全零数组,括号内为shape
c = np.zeros((3,4))
print(c)
'''
[[ 0. 0. 0. 0.]
[ 0. 0. 0. 0.]
[ 0. 0. 0. 0.]]
''' #全一数组
d = np.ones((3,4))
print(d)
'''
[[ 1. 1. 1. 1.]
[ 1. 1. 1. 1.]
[ 1. 1. 1. 1.]]
''' #创建全空数组, 其实每个值都是接近于零的数
e = np.empty((3,4))
print(e) #用 arange 创建连续数组,与range用法类似
f = np.arange(10,20,2)#10-19 的数据,2步长
print(f)
#[10 12 14 16 18] #使用 reshape 改变数据的形状
g = np.arange(12).reshape((3,4))
print(g)
'''
[[ 0 1 2 3]
[ 4 5 6 7]
[ 8 9 10 11]]
''' #用 linspace 创建线段型数据
h = np.linspace(1,10,5)
print(h)
#[ 1. 3.25 5.5 7.75 10. ]

2.3 Numpy 基础运算1

  • 加减乘除
  • 幂运算
  • sum、max、min
  • 按行或按列(axis)
import numpy as np

a = np.array([10,20,30,40])
b = np.arange(4) c = a + b # [10, 21, 32, 43]
c = a - b # [10, 19, 28, 37]
c = b**2 # [0, 1, 4, 9]
c=10*np.sin(a) # [-5.44021111, 9.12945251, -9.88031624, 7.4511316 ] print(b<3)# [ True, True, True, False]
a = np.array([[1,1],
[0,1]])
b = np.arange(4).reshape((2,2)) #对应元素相乘
c = a*b
'''
[[0 1]
[0 3]]
'''
#矩阵乘
c_dot = np.dot(a,b)
#c_dot = a.dot(b) '''
[[2 4]
[2 3]]
'''
a=np.random.random((2,4))
print(a) '''
[[ 0.35861795 0.4763303 0.62510912 0.64853572]
[ 0.53853158 0.70065019 0.17649662 0.99089602]]
''' np.sum(a) # 4.4043622002745959
np.min(a) # 0.23651223533671784
np.max(a) # 0.90438450240606416

如果你需要对行或者列进行查找运算,就需要在上述代码中为 axis 进行赋值。 当axis的值为0的时候,将会以列作为查找单元, 当axis的值为1的时候,将会以行作为查找单元。例:

print("sum =",np.sum(a,axis=1))
print("sum =",np.sum(a,axis=0))

2.4 Numpy 基础运算2

  • argmin/argmax:求矩阵最小/大值的索引
  • mean/average:求均值
  • median:中位数
  • cumsum:累加
  • diff:累差
  • nonzero:将所有非零元素的行与列坐标分割开,重构成两个分别关于行和列的矩阵
  • sort:仅针对每一行进行从小到大排序操作
  • 转置 transpose/T
  • clip:clip(Array,Array_min,Array_max)
import numpy as np

A = np.arange(2,14).reshape((3,4))
print(A)
'''
[[ 2 3 4 5]
[ 6 7 8 9]
[10 11 12 13]]
'''
#均值
print(np.mean(A)) #7.5
print(A.mean()) #7.5
print(np.average(A)) #7.5 #累加
print(np.cumsum(A))
#[ 2 5 9 14 20 27 35 44 54 65 77 90] #累差
print(np.diff(A))
'''
[[1 1 1]
[1 1 1]
[1 1 1]]
''' print(np.nonzero(A))
#(array([0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2], dtype=int64), array([0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3], dtype=int64)) #转置
print(np.transpose(A))
print(A.T) #clip
print(np.clip(A,5,9))
'''
[[5 5 5 5]
[6 7 8 9]
[9 9 9 9]]
'''

2.5 Numpy 索引

  • 与数组类似,二维索引可用print(A[1][1])或者print(A[1,1])
  • 可以使用分片操作,例A[1,1:3]
  • flatten flat
import numpy as np
A = np.arange(3,15).reshape((3,4)) print(A.flatten())
# array([3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]) for item in A.flat:
print(item) #
#
……
#

flatten是一个展开性质的函数,将多维的矩阵进行展开成1行的数列。而flat是一个迭代器,本身是一个object属性

2.6 Numpy array 合并

nump.vstack() 竖直方向/上下合并

import numpy as np
A = np.array([1,1,1])
B = np.array([2,2,2]) print(np.vstack((A,B))) # vertical stack
"""
[[1,1,1]
[2,2,2]]
"""

水平方向/左右合并

D = np.hstack((A,B))       # horizontal stack

print(D)
# [1,1,1,2,2,2]

nump.newaxis()新增一个维度

nump.concatenate():把合并多个矩阵

2.7 Numpy array 分割

axis = 1,表示行(x轴),切割行,分成多列

axis = 0,表示行(y轴),切割列,分成多行

import numpy as np

A = np.arange(12).reshape((3,4))
print(A) print(np.split(A,2,axis = 1))
'''
[array([[0, 1],
[4, 5],
[8, 9]]), array([[ 2, 3],
[ 6, 7],
[10, 11]])]
'''
print(np.split(A,3,axis = 0))
#[array([[0, 1, 2, 3]]), array([[4, 5, 6, 7]]), array([[ 8, 9, 10, 11]])] #不等量分割
print(np.array_split(A, 3, axis=1))
'''
[array([[0, 1],
[4, 5],
[8, 9]]), array([[ 2],
[ 6],
[10]]), array([[ 3],
[ 7],
[11]])]
''' #vsplit与hsplit
print(np.vsplit(A, 3)) #等于 print(np.split(A, 3, axis=0))
# [array([[0, 1, 2, 3]]), array([[4, 5, 6, 7]]), array([[ 8, 9, 10, 11]])] print(np.hsplit(A, 2)) #等于 print(np.split(A, 2, axis=1))
"""
[array([[0, 1],
[4, 5],
[8, 9]]), array([[ 2, 3],
[ 6, 7],
[10, 11]])]
"""

2.8 Numpy copy & deep copy

Python初学基础
= 的赋值方式会带有关联性 ,copy() 的赋值方式没有关联性

Pandas 学习

3.1 Pandas 基本介绍

如果用 python 的列表和字典来作比较, 那么可以说 Numpy 是列表形式的,没有数值标签,而 Pandas 就是字典形式。Pandas是基于Numpy构建的,让Numpy为中心的应用变得更加简单。

Series

>>> import pandas as pd
>>> s = pd.Series([1,2,3,np.nan,44,1])
>>> print(s)
0 1.0
1 2.0
2 3.0
3 NaN
4 44.0
5 1.0
dtype: float64

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。于是会自动创建一个0到N-1(N为长度)的整数型索引。

DataFrame

DataFrame是一个表格型的数据结构,它包含有一组有序的列,每列可以是不同的值类型(数值,字符串,布尔值等)。DataFrame既有行索引也有列索引, 它可以被看做由Series组成的大字典

>>> import pandas as pd
>>> import numpy as np
>>> s = pd.Series([1,2,3,np.nan,44,1])
>>> print(s)
0 1.0
1 2.0
2 3.0
3 NaN
4 44.0
5 1.0
dtype: float64
>>> dates = pd.date_range('',periods=6)
>>> df = pd.DataFrame(np.random.randn(6,4),index = dates,columns=['a','b','c','d'])
>>> df
a b c d
2018-01-01 -0.837319 0.250373 -1.218879 -0.018287
2018-01-02 0.094332 -0.546386 2.248513 -0.944102
2018-01-03 -0.805855 0.550253 0.552966 -1.704637
2018-01-04 -0.272391 0.150142 0.710317 0.397553
2018-01-05 -2.615182 -1.338799 -0.301048 0.732760
2018-01-06 0.281869 0.376154 0.092362 -1.588711
>>>
>>> df1 = pd.DataFrame(np.arange(12).reshape((3,4)))
>>> df1
0 1 2 3
0 0 1 2 3
1 4 5 6 7
2 8 9 10 11 #还可以用字典的方式生成
>>> df2 = pd.DataFrame({'A' : 1.,
'B' : pd.Timestamp(''),
'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'}) >>> print(df2)
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
>>>

DataFrame 的一些简单运用

>>> print(df['b'])
2018-01-01 0.250373
2018-01-02 -0.546386
2018-01-03 0.550253
2018-01-04 0.150142
2018-01-05 -1.338799
2018-01-06 0.376154
Freq: D, Name: b, dtype: float64 >>> #查看数据中的类型
>>> print(df2.dtypes)
A float64
B datetime64[ns]
C float32
D int32
E category
F object
dtype: object >>> #查看对应行的序号
>>> print(df2.index)
Int64Index([0, 1, 2, 3], dtype='int64') >>> #查看对应列
>>> print(df2.columns)
Index(['A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F'], dtype='object') >>> #只查看所有df2的值
>>> print(df2.values)
[[1.0 Timestamp('2013-01-02 00:00:00') 1.0 3 'test' 'foo']
[1.0 Timestamp('2013-01-02 00:00:00') 1.0 3 'train' 'foo']
[1.0 Timestamp('2013-01-02 00:00:00') 1.0 3 'test' 'foo']
[1.0 Timestamp('2013-01-02 00:00:00') 1.0 3 'train' 'foo']] >>> #数据总结
>>> df2.describe()
A C D
count 4.0 4.0 4.0
mean 1.0 1.0 3.0
std 0.0 0.0 0.0
min 1.0 1.0 3.0
25% 1.0 1.0 3.0
50% 1.0 1.0 3.0
75% 1.0 1.0 3.0
max 1.0 1.0 3.0 >>> #对数据的index排序
>>> print(df2.sort_index(axis=1,ascending=False))
F E D C B A
0 foo test 3 1.0 2013-01-02 1.0
1 foo train 3 1.0 2013-01-02 1.0
2 foo test 3 1.0 2013-01-02 1.0
3 foo train 3 1.0 2013-01-02 1.0 >>> #对数据值排序
>>> print(df2.sort_values(by='E'))
A B C D E F
0 1.0 2013-01-02 1.0 3 test foo
2 1.0 2013-01-02 1.0 3 test foo
1 1.0 2013-01-02 1.0 3 train foo
3 1.0 2013-01-02 1.0 3 train foo

3.2 Pandas 选择数据

简单的筛选

import pandas as pd
import numpy as np dates = pd.date_range('',periods=6)
df = pd.DataFrame(np.arange(24).reshape((6,4)),index=dates,columns=['A','B','C','D']) print(df) print(df['A']) #或print(df.A)
'''
2013-01-01 0
2013-01-02 4
2013-01-03 8
2013-01-04 12
2013-01-05 16
2013-01-06 20
Freq: D, Name: A, dtype: int32
''' #跨越多行或多列
print(df[0:3]) #或print(df['20130102':'20130104']) '''
A B C D
2013-01-01 0 1 2 3
2013-01-02 4 5 6 7
2013-01-03 8 9 10 11
'''

根据标签loc

#select by label:loc
print(df.loc[''])
'''
A 4
B 5
C 6
D 7
Name: 2013-01-02 00:00:00, dtype: int32
''' print(df.loc[:,['A','B']])
''' A B
2013-01-01 0 1
2013-01-02 4 5
2013-01-03 8 9
2013-01-04 12 13
2013-01-05 16 17
2013-01-06 20 21
'''

根据序列iloc

#select by position:iloc
print(df.iloc[3,1])
# print(df.iloc[[1,3,5],1:3])
'''
B C
2013-01-02 5 6
2013-01-04 13 14
2013-01-06 21 22
'''

混合 ix

print(df.ix[:3,['A','C']])
"""
A C
2013-01-01 0 2
2013-01-02 4 6
2013-01-03 8 10
"""

通过判断的筛选

print(df[df.A>8])
"""
A B C D
2013-01-04 12 13 14 15
2013-01-05 16 17 18 19
2013-01-06 20 21 22 23
"""

3.3 Pandas 设置值

可根据位置设置loc和iloc

例df.loc[2,2]=1111

df.loc['20130101','B']=2222

根据条件设置

df.B[df.A>4] = 0
"""
A B C D
2013-01-01 0 2222 2 3
2013-01-02 4 5 6 7
2013-01-03 8 0 1111 11
2013-01-04 12 0 14 15
2013-01-05 16 0 18 19
2013-01-06 20 0 22 23
"""

按行或列设置

df['F'] = np.nan
"""
A B C D F
2013-01-01 0 2222 2 3 NaN
2013-01-02 4 5 6 7 NaN
2013-01-03 8 0 1111 11 NaN
2013-01-04 12 0 14 15 NaN
2013-01-05 16 0 18 19 NaN
2013-01-06 20 0 22 23 NaN
"""

或者加上Series序列,但是长度必须对齐

df['E'] = pd.Series([1,2,3,4,5,6], index=pd.date_range('',periods=6))
"""
A B C D F E
2013-01-01 0 2222 2 3 NaN 1
2013-01-02 4 5 6 7 NaN 2
2013-01-03 8 0 1111 11 NaN 3
2013-01-04 12 0 14 15 NaN 4
2013-01-05 16 0 18 19 NaN 5
2013-01-06 20 0 22 23 NaN 6
"""

3.4 Pandas 处理丢失数据

首先创建包含NaN的矩阵

dates = pd.date_range('', periods=6)
df = pd.DataFrame(np.arange(24).reshape((6,4)),index=dates, columns=['A','B','C','D'])
df.iloc[0,1] = np.nan
df.iloc[1,2] = np.nan
"""
A B C D
2013-01-01 0 NaN 2.0 3
2013-01-02 4 5.0 NaN 7
2013-01-03 8 9.0 10.0 11
2013-01-04 12 13.0 14.0 15
2013-01-05 16 17.0 18.0 19
2013-01-06 20 21.0 22.0 23
"""

dropna:去掉有NaN的行或列

print(df.dropna(axis=0,how='any'))  # 'any': 只要存在 NaN 就 drop 掉; 'all': 必须全部是 NaN 才 drop
'''
A B C D
2013-01-03 8 9.0 10.0 11
2013-01-04 12 13.0 14.0 15
2013-01-05 16 17.0 18.0 19
2013-01-06 20 21.0 22.0 23
'''

fillna():将NaN的值用其他值代替

print(df.fillna(value=0))
'''
A B C D
2013-01-01 0 0.0 2.0 3
2013-01-02 4 5.0 0.0 7
2013-01-03 8 9.0 10.0 11
2013-01-04 12 13.0 14.0 15
2013-01-05 16 17.0 18.0 19
2013-01-06 20 21.0 22.0 23
'''

isnull():判断是否有缺失数据NaN,为True表示缺失数据

print(df.isnull())
'''
A B C D
2013-01-01 False True False False
2013-01-02 False False True False
2013-01-03 False False False False
2013-01-04 False False False False
2013-01-05 False False False False
2013-01-06 False False False False
''' print(np.any(df.isnull())==True)
#True

3.5 Pandas 导入导出

pandas可以读取与存取的资料格式有很多种,像csvexceljsonhtmlpickle等…, 详细请看官方说明文件

读取csv

示范档案下载 - student.csv

读取csv

#读取csv
data = pd.read_csv('student.csv') #打印出data
print(data)

将资料存取成pickle

data.to_pickle('student.pickle')

3.6 Pandas 合并 concat

使用concat合并

import pandas as pd
import numpy as np #定义资料集
df1 = pd.DataFrame(np.ones((3,4))*0, columns=['a','b','c','d'])
df2 = pd.DataFrame(np.ones((3,4))*1, columns=['a','b','c','d'])
df3 = pd.DataFrame(np.ones((3,4))*2, columns=['a','b','c','d']) #concat纵向合并
res = pd.concat([df1, df2, df3], axis=0) #函数默认axis=0。 #打印结果
print(res)
# a b c d
# 0 0.0 0.0 0.0 0.0
# 1 0.0 0.0 0.0 0.0
# 2 0.0 0.0 0.0 0.0
# 0 1.0 1.0 1.0 1.0
# 1 1.0 1.0 1.0 1.0
# 2 1.0 1.0 1.0 1.0
# 0 2.0 2.0 2.0 2.0
# 1 2.0 2.0 2.0 2.0
# 2 2.0 2.0 2.0 2.0

通过设置ignore_index可重置index

res = pd.concat([df1, df2, df3], axis=0, ignore_index=True)

#打印结果
print(res)
# a b c d
# 0 0.0 0.0 0.0 0.0
# 1 0.0 0.0 0.0 0.0
# 2 0.0 0.0 0.0 0.0
# 3 1.0 1.0 1.0 1.0
# 4 1.0 1.0 1.0 1.0
# 5 1.0 1.0 1.0 1.0
# 6 2.0 2.0 2.0 2.0
# 7 2.0 2.0 2.0 2.0
# 8 2.0 2.0 2.0 2.0

join合并

默认为outer值,纵向合并,有相同的column上下合并在一起,其他独自的column个自成列,原本没有值的位置皆以NaN填充。

值为inner时,只有相同的column合并在一起,其余舍弃

res = pd.concat([df1, df2], axis=0, join='inner', ignore_index=True)
print(res)
# b c d
# 0 0.0 0.0 0.0
# 1 0.0 0.0 0.0
# 2 0.0 0.0 0.0
# 3 1.0 1.0 1.0
# 4 1.0 1.0 1.0
# 5 1.0 1.0 1.0

join_axes 依照axes合并

res = pd.concat([df1, df2], axis=1, join_axes=[df1.index])

#打印结果
print(res)
# a b c d b c d e
# 1 0.0 0.0 0.0 0.0 NaN NaN NaN NaN
# 2 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0
# 3 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0

append添加数据

只有纵向合并,没有横向合并

3.7 Pandas 合并 merge

pandas中的mergeconcat类似,但主要是用于两组有key column的数据,统一索引的数据. 通常也被用在Database的处理当中

3.8 Pandas plot 出图

主要讲了ploy与scatter画散点图的用法,与matlab中的类似

为什么用 Numpy 还是慢, 你用对了吗?

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