Python机器学习基础之Pandas库的使用

傷城~ 2021-09-15 10:14 326阅读 0赞

声明：代码的运行环境为Python3。Python3与Python2在一些细节上会有所不同，希望广大读者注意。本博客以代码为主，代码中会有详细的注释。相关文章将会发布在我的个人博客专栏[《Python从入门到深度学习》][Python]，欢迎大家关注。

[一、Python机器学习基础之Python的基本语法（一）][Python_Python]

[二、Python机器学习基础之Python的基本语法（二）][Python_Python 1]

[三、Python机器学习基础之Numpy库的使用][Python_Numpy]

四、Python机器学习基础之Pandas库的使用

[五、Python机器学习基础之Matplotlib库的使用][Python_Matplotlib]

[六、Sklearn库和TensorFlow框架][Sklearn_TensorFlow]

[七、Python两种方式加载文件内容][Python 1]

Pandas是Python的一个数据分析包，最初由AQR Capital Management于2008年4月开发，并与2009年底开源出来，目前由专注于Python数据包开发的PyData开发team继续开发和维护，属于PyData项目的一部分。Pandas最初被作为金融数据分析工具而开发出来。因此，Pandas为时间序列分析提供了很好的支持。

Python的名称来自于面板数据（Panel Data）和Python数据分析（Data Analysis）。Panel Data是经济学中关于多维数据集的一个属于，在Pandas中也提供了Panel的数据类型。下面开始我们的第四讲：Python机器学习基础之Pandas库的使用。

【代码】

'''
    机器学习基础之Pandas模块的简单使用
    '''
    
    # 导入需要的包
    from pandas import Series, DataFrame
    import pandas as pd
    import numpy as np
    
    # pandas数据结构介绍：
    # Series：一种类似于一维数组的对象，它是由一组数据（各种Numpy数据类型）以及一组与之相关的数据标签
    # （即索引）组成。仅由一组数据即可产生简单的Series；
    # DataFrame：一个表格的数据类型，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，可以被看做是由Series组成的字典。
    
    # 通过一维数组创建Series
    arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
    series01 = Series(arr)
    print("通过一维数组创建的series：", "\n", series01)
    series02 = Series([2, 3, 4])
    print("通过一维数组创建的series：", "\n", series02)
    # 通过数组创建series时，如果没有为数据指定索引，则会自动创建一个从0到N-1（N为数据的长度）的整数型索引 ，默认索引可以通过赋值的方式进行修改
    series02.index = ['数字1', '数字2', '数字3']
    print("设置了索引的series：", "\n", series02)
    # 创建Series时，可以通过index参数传入一个明确的标签索引
    series03 = Series([3, 4, 5], index=['数字1', '数字2', '数字3'])
    print("创建时设置了索引的series：", "\n", series03)
    
    # 通过字典的方式创建Series:Series可以被看成是一个定长的有序字典，是索引值待数据值的一个映射，因此可以直接通过字典来创建Series。通过字典创建
    # Series时，字典中的key组成Series的索引，字典中的value组成Series中的values
    dict = {'数字1': 1, '数字2': 2, '数字3': 3}
    series04 = Series(dict)
    print("通过字典的方式创建series：", "\n", series04)
    
    # Series应用Numpy数组运算:Numpy中的数组运算，在Series中都保留使用，并且Series进行数组运算时，索引与值之间的映射关系不会改变
    print("通过索引取值：", series04['数字1'])
    print("通过索引取值：", series04[0])
    print("series04[series04 > 1]:", series04[series04 > 1])
    print("series04 / 100:", series04 / 100)
    print("np.exp(series04):", np.exp(series04))
    
    # Series缺失值检测：NaN（not a number）在Pandas中用于表示一个确实或者NA值
    scores = Series({'Eric': 99, 'xzw': 98})
    new_index = ['Eric', 'xzw', 'Tom']
    scores = Series(scores, index=new_index)
    print(scores)
    # Series缺失值检测：pandas中的isnull和notnull函数可用于Series缺失值的检测。他们都返回一个布尔类型的Series
    print("isnull:", pd.isnull(scores))
    print("notnull:", pd.notnull(scores))
    print("过滤出为缺失值的项：", scores[pd.isnull(scores)])
    print("过滤出不为缺失值的项：", scores[pd.notnull(scores)])
    
    # Series自动对齐：不同Series之间进行算术运算，会自动对齐不同索引的数据
    series01 = Series([1, 2, 3, 4], index=['s1', 's2', 's4', 's7'])
    series02 = Series([2, 3, 4], index=['s2', 's4', 's5'])
    series_num = series01 + series02
    print("Series自动对齐:", series_num)
    
    # Series及其索引的name属性:Series队形本身及其索引都有一个name属性，可赋值设置
    series_num.name = '和'
    series_num.index.name = '索引'
    print("name属性的使用:", '\n', series_num)
    
    # 通过二维数组创建DataFrame
    df01 = DataFrame([['Eric', 'xzw'], [99, 98]])
    print("通过二维数组创建DataFrame：", '\n', df01)
    df02 = DataFrame([['Eric', 99], ['xzw', 98]])
    print("通过二维数组创建DataFrame：", '\n', df02)
    arr = np.array([['Eric', 99], ['xzw', 98]])
    df03 = DataFrame(arr, columns=['name', 'score'], index=['one', 'two'])
    print("DataFrame自定义行索引和列索引:", '\n', df03)
    
    # 通过字典的方式定义DataFrame
    data = {'Eric': [99, 98, 97], 'xzw': [98, 97, 96]}
    df = DataFrame(data)
    print("通过字典的方式定义DataFrame:", '\n', df)
    print("df的行索引：", df.index)
    print("df的列索引：", df.columns)
    print("df的值：", df.values)
    df = DataFrame(data, index=['语', '数', '外'])
    print("指定行索引：", '\n', df)
    
    # 索引对象：1、不管是Series对象还是DataFrame对象，都有索引对象；
    # 2、索引对象负责管理轴标签和其他元数据（比如轴名称等）；
    # 3、通过索引可以从Series、DataFrame中取值或对某个位置的值重新赋值；
    # 4、Series或者DataFrame自动化对齐功能就是通过索引进行的。
    
    # 通过索引从Series中取值:边界右边是包含的，这与Python基础中的列表等不一样
    series01 = Series([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], index=['01', '02', '03', '04', '05', '06', '07'])
    print("通过索引从Series中取值:", '\n', series01['02':'05'])
    print("通过索引从Series中取值:", '\n', series01['02':])
    print("通过索引从Series中取值:", '\n', series01[:'05'])
    
    # 通过索引从DataFrame中取值
    data = {"apart": ['1001', '1002', '1003', '1001'],
            "profits": [5645, 5665, 5645, 5648],
            "year": [2001, 2001, 2001, 2000]}
    df = DataFrame(data, index=['one', 'two', 'three', 'four'])
    # 可以直接通过列索引获取指定列的数据
    print(df['year'])
    # 要通过行索引获取指定行数据需要ix方法
    print(df.ix[0])
    # 添加一列空值
    df['pdn'] = np.nan
    print(df)
    
    # Pandas中常用的数学和统计方法：
    #############################################################
    #     方法        # 说明
    # count           # 非NA值的数量
    # describe        # 针对Series或各DataFrame列计算总统计
    # min/max         # 计算最小值、最大值
    # argmin/argmax   # 计算能够获取到最小值最大值的索引位置（整数）
    # idxmin/idxmax   # 计算能够获取到最小值和最大值的索引值
    # quantile        # 计算样本的分位数（0到1）
    # sum             # 值的总和
    # mean            # 值的平均数
    # median          # 值的算术中位数（50%分位数）
    # mad             # 根据平均值计算平均绝对离差
    # var             # 样本数值的方差
    # std             # 样本值的标准差
    # cumsum          # 样本值的累计和
    # cummin/cummax   # 样本值的累计最小值、最大值
    # cumprod         # 样本值的累计积
    # Pct_change      # 计算百分数变化
    ##############################################################
    print(df.describe())
    # 对于DataFrame，这些统计方法默认是计算各列上的数据，如果要应用于各行数据，则增加参数axis=1
    df = DataFrame([
        [1, 2, 3],
        [2, 3, 4]
    ])
    print("默认计算各列：", '\n', df.count())
    print("计算各行：", '\n', df.count(axis=1))
    
    # 相关系数与协方差
    df = DataFrame({"GDP": [12, 23, 34, 45, 56],
                    "air_temperature": [23, 25, 26, 27, 30]},
                   index=['2001', '2002', '2003', '2004', '2005'])
    print(df)
    print("相关系数：", '\n', df.corr())
    print("协方差：", '\n', df.cov())
    print("相关系数：", '\n', df['GDP'].corr(df['air_temperature']))
    print("协方差：", '\n', df['GDP'].cov(df['air_temperature']))
    
    # 唯一值、值计数以及成员资格:
    # 1、unique方法用于获取Series唯一值数组；
    ser = Series([0, 1, 1, 1 ,0])
    print("原数据：", ser)
    print("唯一值：", ser.unique())
    df = DataFrame({"GDP": [12, 23, 34, 45, 56],
                    "air_temperature": [22, 22, 21, 22, 31]},
                   index=['2001', '2002', '2003', '2004', '2005'])
    print("原数据：", df['air_temperature'])
    print("唯一值：", df['air_temperature'].unique())
    # 2、value_counts方法，用于计算一个Series中各值出现的频率；
    # 默认情况下会按照值出现的频率降序排列
    print(ser.value_counts())
    print(df['air_temperature'].value_counts())
    # 3、isin方法，用于判断矢量化集合的成员资格，可用于选取Series中或者DataFrame中列中数据的子集。
    mask = ser.isin([0])
    print(mask)
    # 可以选出值为0的项
    print(ser[mask])
    
    # 处理缺失数据：
    ####################################################################################
    # 方法      # 说明
    # dropna   # 根据标签的值中是否存在缺失数据对轴标签进行过滤（删除），可通过阈值调节对缺失值的容忍度
    # fillna   # 用指定值或插值方法（如ffill或bfill）填充缺失数据
    # isnull   # 返回一个含有布尔值的对象，这些布尔值表示哪些值是缺失值
    # notnull  # isnull的否定式
    ####################################################################################
    # 缺失值检测
    df = DataFrame([
        ['xzw', np.nan, 456, 'M'],
        ['Eric', 34, 132, np.nan],
        ['Tom', 23, np.nan, 'F']
    ], columns=['name', 'age', 'salary', 'gender'])
    print(df)
    print(df.isnull())
    print(df.notnull())
    # 过滤缺失数据
    series = Series([1, 2, np.nan, 4])
    print(series.dropna())
    # 默认丢弃只要含有缺失值的行
    print(df.dropna())
    # 丢弃全部为缺失值的行
    print(df.dropna(how='all'))
    # 丢弃全部为缺失值的列
    print(df.dropna(axis=1, how='all'))
    
    # 填充缺失数据
    df = DataFrame(np.random.randn(7, 3))
    df.ix[:4, 1] = np.nan
    df.ix[:2, 2] = np.nan
    print(df)
    print(df.fillna(0))
    print(df.fillna({1: 0.5, 2: -1, 3: -2}))
    
    # 层次化索引：
    # 1、在某个方向上拥有多个（两个或两个以上）索引级别；
    # 2、通过层次化索引，Pandas能够以低维度形式处理高纬度数据；
    # 3、通过层次化索引，可以按层级统计数据
    
    # Series层次化索引
    data = Series([98, 99, 97, 96, 95],
                  index=[['2001', '2001', '2001', '2002', '2002'],
                         ['苹果', '香蕉', '西瓜', '苹果', '西瓜']])
    data.index.names = ['年份', '水果']
    print(data)
    
    # DataFrame层次化索引
    df = DataFrame({'year': [2001, 2001, 2001, 2002, 2002],
                    'fruit': ['apple', 'banana', 'apple', 'banana', 'apple'],
                    'production': [2345, 4556, 1223, 4589, 8978],
                    'profits': [1223, 2345, 5645, 7889, 4556]})
    df = df.set_index(['year', 'fruit'])
    print(df)
    
    # 按层级统计数据
    print(df.index)
    print(df.sum(level='year'))
    print(df.sum(level='fruit'))

你们在此过程中遇到了什么问题，欢迎留言，让我看看你们都遇到了哪些问题。

[Python]: https://blog.csdn.net/column/details/22367.html
[Python_Python]: https://blog.csdn.net/gdkyxy2013/article/details/80230248
[Python_Python 1]: https://blog.csdn.net/gdkyxy2013/article/details/80230492
[Python_Numpy]: https://blog.csdn.net/gdkyxy2013/article/details/80237596
[Python_Matplotlib]: https://blog.csdn.net/gdkyxy2013/article/details/80294021
[Sklearn_TensorFlow]: https://blog.csdn.net/gdkyxy2013/article/details/81157254
[Python 1]: https://blog.csdn.net/gdkyxy2013/article/details/81979214