pandas apply() 函数用法

理解 pandas 的函数，要对函数式编程有一定的概念和理解。函数式编程，包括函数式编程思维，当然是一个很复杂的话题，但对今天介绍的 apply() 函数，只需要理解：函数作为一个对象，能作为参数传递给其它参数，并且能作为函数的返回值。

函数作为对象能带来代码风格巨大的改变。举一个例子，有一个包含 1 到 10 的 list，从其中找出能被 3 整除的数字。用传统的方法：

def can_divide_by_three(number):
    if number % 3 == 0:
        return True
    else:
        return False

selected_numbers = []
for number in range(1, 11):
    if can_divide_by_three(number):
        selected_numbers.append(number)

循环是不可少的，因为 can_divide_by_three() 函数只用一次，可以用 lambda 表达式简化：

divide_by_three = lambda x : True if x % 3 == 0 else False

selected_numbers = []
for number in range(1, 11):
    if divide_by_three(item):
        selected_numbers.append(item)

这个就是传统编程思维方式，如果用函数式的编程方法呢，我们可以这样想：从一个 list 中取出特定规则的数字，能不能只关注和设置这个规则，循环这种事情交给编程语言去处理呢？当然可以。当编程人员只关心规则（规则可能是一个条件，或者由某一个 function 来定义），代码将大大简化，可读性也更强。

Python 语言提供 filter() 函数，语法如下：

filter(function, sequence)

filter() 函数的功能：对 sequence 中的 item 依次执行 function(item)，将结果为 True 的 item 组成一个 List/String/Tuple（取决于 sequence 的类型）并返回。有了这个函数，上面的代码可以简化为：

divide_by_three = lambda x : True if x % 3 == 0 else False
selected_numbers = filter(divide_by_three, range(1, 11))

将 lambda 表达式放在语句中，代码简化到只需要一句话就够了：

selected_numbers = filter(lambda x: x % 3 == 0, range(1, 11))

Series.apply()

回到主题， pandas 的 apply() 函数可以作用于 Series 或者整个 DataFrame，功能也是自动遍历整个 Series 或者 DataFrame, 对每一个元素运行指定的函数。

举一个例子，现在有这样一组数据，学生的考试成绩：

  Name Nationality  Score
   张           汉    400
   李           回    450
   王           汉    460

如果民族不是汉族，则总分在考试分数上再加 5 分，现在需要用 pandas 来做这种计算，采取增加 pandas 列的方法。当然如果只是为了得到结果， numpy.where() 函数更简单，这里主要为了演示 Series.apply() 函数的用法。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("studuent-score.csv")
df['ExtraScore'] = df['Nationality'].apply(lambda x : 5 if x != '汉' else 0)
df['TotalScore'] = df['Score'] + df['ExtraScore']

对于 Nationality 这一列， pandas 遍历每一个值，并且对这个值执行 lambda 匿名函数，将计算结果存储在一个新的 Series 中返回。上面代码在 jupyter notebook 中显示的结果如下：

  Name Nationality  Score  ExtraScore  TotalScore
0    张           汉    400           0         400
1    李           回    450           5         455
2    王           汉    460           0         460

apply() 函数当然也可执行 python 内置的函数，比如我们想得到 Name 这一列字符的个数，如果用 apply() 的话：

df['NameLength'] = df['Name'].apply(len)

DataFrame.apply()

DataFrame.apply() 函数则会遍历每一个元素，对元素运行指定的 function。比如下面的示例：

import pandas as pd
import numpy as np

matrix = [
    [1,2,3],
    [4,5,6],
    [7,8,9]
]

df = pd.DataFrame(matrix, columns=list('xyz'), index=list('abc'))
df.apply(np.square)

对 df 执行 square() 函数后，所有的元素都执行平方运算：

    x   y   z
a   1   4   9
b  16  25  36
c  49  64  81

如果只想 apply() 作用于指定的行和列，可以用行或者列的 name 属性进行限定。比如下面的示例将 x 列进行平方运算：

df.apply(lambda x : np.square(x) if x.name=='x' else x)

    x  y  z
a   1  2  3
b  16  5  6
c  49  8  9

下面的示例对 x 和 y 列进行平方运算：

df.apply(lambda x : np.square(x) if x.name in ['x', 'y'] else x)

    x   y  z
a   1   4  3
b  16  25  6
c  49  64  9

下面的示例对第一行 （a 标签所在行）进行平方运算：

df.apply(lambda x : np.square(x) if x.name == 'a' else x, axis=1)

默认情况下 axis=0 表示按列，axis=1 表示按行。

apply() 计算日期相减示例

平时我们会经常用到日期的计算，比如要计算两个日期的间隔，比如下面的一组关于 wbs 起止日期的数据：

    wbs   date_from     date_to
  job1  2019-04-01  2019-05-01
  job2  2019-04-07  2019-05-17
  job3  2019-05-16  2019-05-31
  job4  2019-05-20  2019-06-11

假定要计算起止日期间隔的天数。比较简单的方法就是两列相减（datetime 类型)：

import pandas as pd
import datetime as dt

wbs = {
    "wbs": ["job1", "job2", "job3", "job4"],
    "date_from": ["2019-04-01", "2019-04-07", "2019-05-16","2019-05-20"],
    "date_to": ["2019-05-01", "2019-05-17", "2019-05-31", "2019-06-11"]
}

df = pd.DataFrame(wbs)
df['elpased' = df['date_to'].apply(pd.to_datetime) -   
               df['date_from'].apply(pd.to_datetime)

apply() 函数将 date_from 和 date_to 两列转换成 datetime 类型。我们 print 一下 df:

    wbs   date_from     date_to elapsed
0  job1  2019-04-01  2019-05-01 30 days
1  job2  2019-04-07  2019-05-17 40 days
2  job3  2019-05-16  2019-05-31 15 days
3  job4  2019-05-20  2019-06-11 22 days

日期间隔已经计算出来，但后面带有一个单位 days，这是因为两个 datetime 类型相减，得到的数据类型是 timedelta64，如果只要数字，还需要使用 timedelta 的 days 属性转换一下。

elapsed= df['date_to'].apply(pd.to_datetime) -
    df['date_from'].apply(pd.to_datetime)
df['elapsed'] = elapsed.apply(lambda x : x.days)

使用 DataFrame.apply() 函数也能达到同样的效果，我们需要先定义一个函数 get_interval_days() 这个函数的第一列是一个 Series 类型的变量，执行的时候，依次接收 DataFrame 的每一行。

import pandas as pd
import datetime as dt

def get_interval_days(arrLike, start, end):   
    start_date = dt.datetime.strptime(arrLike[start], '%Y-%m-%d')
    end_date = dt.datetime.strptime(arrLike[end], '%Y-%m-%d') 

    return (end_date - start_date).days


wbs = {
    "wbs": ["job1", "job2", "job3", "job4"],
    "date_from": ["2019-04-01", "2019-04-07", "2019-05-16","2019-05-20"],
    "date_to": ["2019-05-01", "2019-05-17", "2019-05-31", "2019-06-11"]
}

df = pd.DataFrame(wbs)
df['elapsed'] = df.apply(
    get_interval_days, axis=1, args=('date_from', 'date_to'))

参考

Pandas的Apply函数——Pandas中最好用的函数