背景

polars学习系列文章，第7篇 缺失值

该系列文章会分享到github，大家可以去下载jupyter文件，进行参考学习
仓库地址：https://github.com/DataShare-duo/polars_learn

小编运行环境

import sys

print('python 版本：',sys.version.split('|')[0])
#python 版本： 3.11.9

import polars as pl

print("polars 版本：",pl.__version__)
#polars 版本： 0.20.22

polars 中缺失值的定义

在 polars 中缺失值用 null 来表示，只有这1种表示方式，这个与 pandas 不同，在 pandas 中 NaN（NotaNumber）也代表是缺失值，但在polars中把 NaN 归属为一种浮点数据

df = pl.DataFrame(
    {
        "value": [1,2,3, None,5,6,None,8,9],
    },
)
print(df)
#shape: (9, 1)
┌───────┐
│ value │
│ ---   │
│ i64   │
╞═══════╡
│ 1     │
│ 2     │
│ 3     │
│ null  │
│ 5     │
│ 6     │
│ null  │
│ 8     │
│ 9     │
└───────┘

polars中缺失值包括的2种元信息

• 缺失值数量，可以通过 null_count 方法来快速获取，因为已经是计算好的，所以调用该方法会立即返回结果
• 有效位图（validity bitmap），代表是否是缺失值，在内存中用 0 或 1 进行编码来表示，所占的内存空间非常小，通常占用空间为（数据框长度 / 8) bytes，通过 is_null 方法来查看数据是否是缺失值

null_count_df = df.null_count()
print(null_count_df)
#shape: (1, 1)
┌───────┐
│ value │
│ ---   │
│ u32   │
╞═══════╡
│ 2     │
└───────┘


is_null_series = df.select(
    pl.col("value").is_null(),
)
print(is_null_series)
#shape: (9, 1)
┌───────┐
│ value │
│ ---   │
│ bool  │
╞═══════╡
│ false │
│ false │
│ false │
│ true  │
│ false │
│ false │
│ true  │
│ false │
│ false │
└───────┘

缺失值填充

缺失值填充主要通过 fill_null方法来处理，但是需求指定填充缺失值的方法

• 常量，比如用 0 来填充
• 填充策略，例如：向前、向后 等
• 通过表达式，比如利用其他列来填充
• 插值法

df = pl.DataFrame(
    {
        "col1": [1, 2, 3],
        "col2": [1, None, 3],
    },
)
print(df)
#shape: (3, 2)
┌──────┬──────┐
│ col1 ┆ col2 │
│ ---  ┆ ---  │
│ i64  ┆ i64  │
╞══════╪══════╡
│ 1    ┆ 1    │
│ 2    ┆ null │
│ 3    ┆ 3    │
└──────┴──────┘

常量填充

fill_literal_df = df.with_columns(
    fill=pl.col("col2").fill_null(pl.lit(2)),
)
print(fill_literal_df)
#shape: (3, 3)
┌──────┬──────┬──────┐
│ col1 ┆ col2 ┆ fill │
│ ---  ┆ ---  ┆ ---  │
│ i64  ┆ i64  ┆ i64  │
╞══════╪══════╪══════╡
│ 1    ┆ 1    ┆ 1    │
│ 2    ┆ null ┆ 2    │
│ 3    ┆ 3    ┆ 3    │
└──────┴──────┴──────┘

填充策略

填充策略：{'forward', 'backward', 'min', 'max', 'mean', 'zero', 'one'}

fill_df = df.with_columns(
    forward=pl.col("col2").fill_null(strategy="forward"),
    backward=pl.col("col2").fill_null(strategy="backward"),
)
print(fill_df)
#shape: (3, 4)
┌──────┬──────┬─────────┬──────────┐
│ col1 ┆ col2 ┆ forward ┆ backward │
│ ---  ┆ ---  ┆ ---     ┆ ---      │
│ i64  ┆ i64  ┆ i64     ┆ i64      │
╞══════╪══════╪═════════╪══════════╡
│ 1    ┆ 1    ┆ 1       ┆ 1        │
│ 2    ┆ null ┆ 1       ┆ 3        │
│ 3    ┆ 3    ┆ 3       ┆ 3        │
└──────┴──────┴─────────┴──────────┘

通过表达式

fill_median_df = df.with_columns(
    fill=pl.col("col2").fill_null(pl.median("col2")), #类型会转换为浮点型
)
print(fill_median_df)
#shape: (3, 3)
┌──────┬──────┬──────┐
│ col1 ┆ col2 ┆ fill │
│ ---  ┆ ---  ┆ ---  │
│ i64  ┆ i64  ┆ f64  │
╞══════╪══════╪══════╡
│ 1    ┆ 1    ┆ 1.0  │
│ 2    ┆ null ┆ 2.0  │
│ 3    ┆ 3    ┆ 3.0  │
└──────┴──────┴──────┘

通过插值法

fill_interpolation_df = df.with_columns(
    fill=pl.col("col2").interpolate(),  
)
print(fill_interpolation_df)
#shape: (3, 3)
┌──────┬──────┬──────┐
│ col1 ┆ col2 ┆ fill │
│ ---  ┆ ---  ┆ ---  │
│ i64  ┆ i64  ┆ f64  │
╞══════╪══════╪══════╡
│ 1    ┆ 1    ┆ 1.0  │
│ 2    ┆ null ┆ 2.0  │
│ 3    ┆ 3    ┆ 3.0  │
└──────┴──────┴──────┘

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