![Python大数据与机器学习实战](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/134/30638134/b_30638134.jpg)
3.1 数据对象
Pandas中最重要的两种数据对象是Series和DataFrame,其中DataFrame由多个Series组成,而索引是DataFrame和Series的重要组成部分,下面介绍它们的概念及基本用法。
3.1.1 Series对象
上一章介绍的Numpy多维数组常用于处理单一类型的数据,可看作列表的扩展;而Series可以管理多种类型的数据,可以通过索引值访问元素,更像基本数据类型中字典的扩展,可以把它视为带索引的一维数组。下面将从创建、查询、添加、删除等几方面学习Series的使用方法。
1.创建
创建Series需要指定值和索引,当不指定索引时,索引为元素的序号。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_72_1.jpg?sign=1739255849-S9BFncnxpnOdB9wpNLu7hJW3uw6S3V5r-0-b877ba66c5853cf223e1a2e05f6cc7a4)
也可以使用转换的方式将其他类型的数据转换成Series类型。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_72_2.jpg?sign=1739255849-o92t9Lok0qGg5dCeuzRQwWezVdGe5wM2-0-a7ac355eb9dbd9edde08f9cb6e77c010)
2.查询
Series支持用索引值访问其中的数据,这种操作类似于访问字典元素;也可以用位置下标访问数据元素,操作方法类似于访问列表元素。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_72_3.jpg?sign=1739255849-egAwTwOyBUzSFJvLj6YQIboKfqSmNJsq-0-943a5721386bcb584ed0c0742c397dd0)
Series由两个数组组成,其数据值和索引值可作为属性访问。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_72_4.jpg?sign=1739255849-yRxFJEiE40TuGFtouBmTIrsKXWnRX8zX-0-ff0dcb0dee52652cb2c5869f834f51b6)
Series还提供多维数组对象接口,用于处理多维数组的函数都可直接处理Series元素。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_72_5.jpg?sign=1739255849-JWSRGwLhHOPLm6hZToBriBHsEembGuxn-0-1ea2087620c929165471635257daf5d9)
通过索引列表、下标列表、下标切片的方式可以访问Series中的一个或多个元素。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_72_6.jpg?sign=1739255849-kqF04MCtdmFO9qGvi7SxOdol6poK1bXh-0-891e9c206458f4b3952cb70bb16c3c6e)
还可以通过Series的iteritems方法以迭代的方式遍历元素。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_73_1.jpg?sign=1739255849-Hddr2wuVi5GjQd5wlaLmOJIx0lNKlZ7Z-0-39b8403d78db658f04399f0b0e8d2e5e)
3.添加
用append方法连接两个已有的Series,并返回新的Series,且不改变原数据。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_73_2.jpg?sign=1739255849-ZONpmggUHwSjqL1aozcQnAWL3a76Tdrp-0-0600a91bfe7fd841f6279a8b5d2295a1)
4.删除
用drop方法删除索引值对应的Series元素,并返回删除后的Series,且不改变原数据。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_73_3.jpg?sign=1739255849-BufCOZWdPPvI40vhw169u8a4z5XLP8FJ-0-e82ba2732458cd4f9e17077932876e37)
3.1.2 DataFrame对象
DataFrame类似于数据库中的数据表table,是数据处理中最常用的数据对象。从数据结构的角度可将其视为有标签的二维数组,横向为行,纵向为列,且每行有行索引,每列有列名,列中数据类型必须一致。
1.创建
利用转换方式将已有数据转换成DataFrame,其语法如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_73_4.jpg?sign=1739255849-12i8C2Yxvi2Ym6WZfvawvK8tfRh4BBIj-0-7bb9534d452f23a2ead816886021a7bb)
其中,data是待转换的数据,index是索引值(行),column是列名。下例通过数组组成的字典创建DataFrame。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_73_5.jpg?sign=1739255849-foGmN7pvwsHJb6va7ytVLhoJpkKYYo6P-0-6fd63cbcfb4114ee477ababf58298b17)
在通过字典组成的数组创建DataFrame时,如果不指定索引,则以数据的序号作为索引,使用Series创建Dataframe与之同理。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_73_6.jpg?sign=1739255849-qAVQFSN9S4wCFJrcdwbg37C5ezKHfrdC-0-ca719e48960872f083f6a6ef6c9144cc)
通过数组创建DataFrame,用columns指定列名。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_74_2.jpg?sign=1739255849-AXqgSaHMHSc90yOAmKYpSkggJ38ccqkW-0-3d150dd370cce5da6e874c784214fa63)
2.添加
用append函数可以在当前DataFrame的尾部添加一行,然后返回新表。添加的内容可以是列表、字典、Series,本例中以字典为例示范append函数的使用方法。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_74_3.jpg?sign=1739255849-92E7ArZVC7YQ6J6x4FMgQSpjXW2ZP9jw-0-bba0af8737ad69b2b878245f4d2445b3)
如果想在两行之间插入数据,则可以先用索引值将DataFrame切分成前后两个表,然后将前表、新行、后表连接在一起。
除了添加一行,append函数还支持将两个DataFrame表连接在一起,支持表连接的函数还有concat。下例中,将df表和其自身连接起来,使用ignore_index=True忽略索引值,索引值重新排序。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_74_4.jpg?sign=1739255849-1vBnSFG1m9zocwM6ayqlpClGkr7wCkPz-0-3c2444f115f9243b7326c7521db0a296)
添加列最简单的方法是直接给新列赋值:
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_74_5.jpg?sign=1739255849-H0vM9XRfWTDibQxoBqWovmx5affa36eP-0-545074dfcf58d3a4af3b9b35bcb72ded)
如果需要在指定位置插入新列,则需要用insert方法。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_75_1.jpg?sign=1739255849-jL3lPAU8AMlpVzU2CdGSRTGm10HkSgJU-0-fa7ee36e24b786b23d275a5cacf16ae5)
3.删除
用drop方法可以删除DataFrame的行和列。在删除列时,需要指定参数axis=1;当该参数默认为0时,即删除行。drop方法支持删除一行/多行或一列/多列,在删除行时需要指定行的索引值。在本例中,删除第1行后,仅剩第0行。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_75_2.jpg?sign=1739255849-XkBeUBlvrGWE3HPVd4OxeW8jApETEVeI-0-e4507f638c5a375aa7ff35504588c8fa)
在删除列时需要指定列名,drop方法默认返回删除列后的数据表,原表不变。当指定其参数inplace=True时,原数据表内容被修改。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_75_3.jpg?sign=1739255849-SRiWuyvPz0i8ktLfNUlRAQcyVKshf8x2-0-ec317b73b3edcaf45e1c4710d75631d4)
用del方法也可以从原表中删除a列。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_75_4.jpg?sign=1739255849-tRaEIKddwli4JgIJSierGR727dLe00XO-0-219dbdfeab1639394f019cd1cd955f45)
还可以用pop方法删除列,调用pop方法之后,b列的内容作为函数返回值并同时从原表中删除。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_75_5.jpg?sign=1739255849-i3Ezy9WvKN71D4bbChatmBb5yyw7AKNJ-0-b9dff4543e105d9df18623581f53f865)
3.1.3 Index对象
1.索引
DataFrame中的索引包括行索引和列索引,其类型为Pandas.Index,简称为pd.Index。它的结构类似于数组,但其数据内容不可以修改(不允许单个修改,但可以对行索引或列索引整体重新赋值)。在理论上,索引中允许内容重复,在数据表中允许有重名的列或者行索引值,但一般不推荐使用。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_76_2.jpg?sign=1739255849-7SDxUpX1RfjheqAdCg1zA1PHDwGVjrlZ-0-cb84057db1efd68d8d0a6ef60b2a5a6f)
用pd.Index将其他类型转换成索引对象。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_76_3.jpg?sign=1739255849-iN5hN3UnhHDWSiQ7tC2FRIyDTfPWzIPC-0-ba6ae7a752ea9ab89c1cb08af486c73e)
用values属性查看Index中的所有值。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_76_4.jpg?sign=1739255849-peGgXpP0RVModUVRn5feLHciq8Tip4rQ-0-a758bb7e8326029723c1ede1794b7018)
用下标或下标数组读取部分索引值。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_76_5.jpg?sign=1739255849-V0XzCQVzdiqx4cWKsw4Jl079Q5wKXCga-0-a85ac8e88b4bf3776720757d75771ad1)
用get_loc或get_indexer查找值对应的下标。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_76_6.jpg?sign=1739255849-P1ySDnzEkUeL1KnqhAvke60uEPx8LLPE-0-84673e33a49d1fbf63a27dd5e7753b0a)
2.修改索引
对DataFrame的column和index重新赋值可改变其索引,数据表内容不变。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_77_1.jpg?sign=1739255849-GzthIAl1YU94oxMl1op4MZyhurrgcnKT-0-e9fdb7a75366bb33a328814e2d758b1c)
如果不仅仅想改变索引值,还想重排行或列的顺序,可以使用DataFrame的reindex方法。从下列返回结果可以看到,reindex方法返回了新的数据表,原表不改变。对于已有的索引值,对应行的顺序发生了变化;对于不存在的索引值,生成了新的行并置为空值。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_77_2.jpg?sign=1739255849-B5QHLyTHtffcp08lHpGoJwK3N5GpjlC7-0-fb11c0723147b7325597470a399c7e50)
除了对行修改,reindex方法还支持修改列索引,用columns参数指定其新的列索引值。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_77_3.jpg?sign=1739255849-a71XXJ1AwE2daPZPJApJ2OoOzD4J9TPw-0-ac4fab632d7cad59300ae9598cc11b90)
用sort_index方法对索引重新排序,该方法默认返回新的DataFrame。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_77_4.jpg?sign=1739255849-QFH6o6OdHwC70BujW6rOCdRXcO17iRf5-0-1148981c2aab737a8a0afacc6c98514f)
还有一种更为简单的方法,即用直接赋值的方法修改其列索引的顺序。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_77_5.jpg?sign=1739255849-W8JQmFzcAfJ8z30hab2jVUrUwtmVAdwQ-0-235f0f4ac599d4191afed830d099678f)
3.多重索引
多重索引包括多重行索引和多重列索引,在数据分析和建模过程中使用多重索引的情况并不多。多重列索引主要出现在从其他格式文件导入数据和导出数据,以及前期的数据处理过程中,如从Excel文件中导入的表格,如表3.1所示。
表3.1 Excel多重列索引数据
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_78_1.jpg?sign=1739255849-fsAzuCHZRSDoQjBUTNpz5W9KXXfzaSnV-0-1a8330619ac7f38a6dec4fd40861162d)
用read_excel方法读取数据表(读取Excel需要第三方库支持,具体方法请参见第5章),注意用header参数指定列索引包含前两行(读取双重行索引使用index_col=[0,1])。从返回结果可以看到,其每个字段被表示为多层列名组成的元组。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_78_2.jpg?sign=1739255849-vXp0iPJjrSP7EwO8cLg8NnePyyDavLmn-0-a86c9ae4da2a25e695bf544619a0c17f)
由于数据被解析成多重索引处理起来比较麻烦,因此一般会将其两列索引组合成单层索引。下例用join方法将元组连成的字符串作为新的字段名。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_78_3.jpg?sign=1739255849-HWRK60yZtKaHSV33mOYecUrJu30eDCWj-0-51d8a7146dda4b4b802acb6c9a7cd3dc)
多重行索引常出现在groupby用多变量分组后的数据中(groupby将在3.3节中详细介绍,本例中代码的前三行只作为数据源使用,主要关注将索引转换为普通列的方法),在这种情况下,通常使用reset_index方法将多重行索引转换成普通列。创建多重行索引数据:
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_78_4.jpg?sign=1739255849-jNvwiTZge5ZvoSbzXVT5Hb5WPI4tzsUv-0-e0840bbfedba7f7079eb93763bf8d6ea)
从运行结果可以看到,行索引为AGE和OWNRENT两层。在使用reset_index方法后,索引被转换为普通列。
![](https://epubservercos.yuewen.com/57F11A/16699150105739906/epubprivate/OEBPS/Images/38425_79_2.jpg?sign=1739255849-xnJ2pUKX9ZvwUTkClj4QhYTTzjdwIWh1-0-247e06a98e1a90adb2b625f8a7bcfe40)