【Chapter 5 pandas 入门】
pandas是基于NumPy数组构建的，特别是基于数组的函数和不使用for循环的数据处理。
import pandas
from test_pandas import Series,DataFrame
5.1 pandas 的数据结构
要使用pandas，你首先就得熟悉它的两个主要数据结构：Series和DataFrame。虽然它们并不能解决所有问题，但它们为大多数应用提供了一种可靠的、易于使用的基础。
1. Series
Series是一种类似于一维数组的对象，它由一组数据（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最简单的Series：
import pandas as pd
from pandas import Series, DataFrame
obj=pd.Series([4,7,-5,3])
obj
Out[10]:
0 4
1 7
2 -5
3 3
dtype: int64
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为数据的长度）的整数型索引。你可以通过Series 的values和index属性获取其数组表示形式和索引对象：
obj.values
Out[11]: array([ 4, 7, -5, 3], dtype=int64)
obj.index
Out[12]: RangeIndex(start=0, stop=4, step=1)
#通常，我们希望所创建的Series带有一个可以对各个数据点进行标记的索引：
obj2 = pd.Series([4,7,-5,3],index=['d','b','a','c'])
obj2
Out[16]:
d 4
b 7
a -5
c 3
dtype: int64
与普通NumPy数组相比，你可以通过索引的方式选取Series中的单个或一组值：
In [18]: obj2['a']
Out[18]: -5
In [19]: obj2['d'] = 6
In [20]: obj2[['c', 'a', 'd']]
Out[20]:
c 3
a -5
d 6
dtype: int64
['c', 'a', 'd']是索引列表，即使它包含的是字符串而不是整数。
使用NumPy函数或类似NumPy的运算（如根据布尔型数组进行过滤、标量乘法、应用数学函数等）都会保留索引值的链接：
In [21]: obj2[obj2 > 0]
Out[21]:
d 6
b 7
c 3
dtype: int64
In [22]: obj2 * 2
Out[22]:
d 12
b 14
a -10
c 6
dtype: int64
In [23]: np.exp(obj2)#Exp：返回e的n次方，e是一个常数为2.71828
Out[23]:
d 403.428793
b 1096.633158
a 0.006738
c 20.085537
dtype: float64
还可以将Series看成是一个定长的有序字典，因为它是索引值到数据值的一个映射。它可以用在许多原本需要字典参数的函数中：
In [24]: 'b' in obj2
Out[24]: True
In [25]: 'e' in obj2
Out[25]: False
如果数据被存放在一个Python字典中，也可以直接通过这个字典来创建Series：
In [26]: sdata = {'Ohio': 35000, 'Texas': 71000, 'Oregon': 16000, 'Utah': 5000}
In [27]: obj3 = pd.Series(sdata)
In [28]: obj3
Out[28]:
Ohio 35000
Oregon 16000
Texas 71000
Utah 5000
dtype: int64
如果只传入一个字典，则结果Series中的索引就是原字典的键（有序排列）。你可以传入排好序的字典的键以改变顺序：
In [29]: states = ['California', 'Ohio', 'Oregon', 'Texas']
In [30]: obj4 = pd.Series(sdata, index=states)
In [31]: obj4
Out[31]:
California NaN
Ohio 35000.0
Oregon 16000.0
Texas 71000.0
dtype: float64
如果只传入一个字典，则结果Series中的索引就是原字典的键（有序排列）。你可以传入排好序的字典的键以改变顺序：
states = ['California', 'Ohio', 'Oregon', 'Texas','Utah']
obj = pd.Series(sdata,index=states)
obj
Out[41]:
California NaN
Ohio 35000.0
Oregon 16000.0
Texas 71000.0
Utah 5000.0
dtype: float64
在这个例子中，sdata中跟states索引相匹配的那3个值会被找出来并放到相应的位置上，但由于"California"所对应的sdata值找不到，所以其结果就为NaN（即“非数字”（not a number），在pandas中，它用于表示缺失或NA值）。因为‘Utah’不在states中，它被从结果中除去。
我将使用缺失（missing）或NA表示缺失数据。pandas的isnull和notnull函数可用于检测缺失数据：
In [32]: pd.isnull(obj4)
Out[32]:
California True
Ohio False
Oregon False
Texas False
dtype: bool
In [33]: pd.notnull(obj4)
Out[33]:
California False
Ohio True
Oregon True
Texas True
dtype: bool
Series也有类似的实例方法：
In [34]: obj4.isnull()
Out[34]:
California True
Ohio False
Oregon False
Texas False
dtype: bool
对于许多应用而言，Series最重要的一个功能是，它会根据运算的索引标签自动对齐数据：
In [35]: obj3
Out[35]:
Ohio 35000
Oregon 16000
Texas 71000
Utah 5000
dtype: int64
In [36]: obj4
Out[36]:
California NaN
Ohio 35000.0
Oregon 16000.0
Texas 71000.0
dtype: float64
In [37]: obj3 + obj4
Out[37]:
California NaN
Ohio 70000.0
Oregon 32000.0
Texas 142000.0
Utah NaN
dtype: float64
数据对齐功能将在后面详细讲解。如果你使用过数据库，你可以认为是类似join的操作。
Series对象本身及其索引都有一个name属性，该属性跟pandas其他的关键功能关系非常密切：
In [38]: obj4.name = 'population'
In [39]: obj4.index.name = 'state'
In [40]: obj4
Out[40]:
state
California NaN
Ohio 35000.0
Oregon 16000.0
Texas 71000.0
Name: population, dtype: float64
Series的索引可以通过赋值的方式就地修改：
Series的索引可以通过赋值的方式就地修改：
In [41]: obj
Out[41]:
0 4
1 7
2 -5
3 3
dtype: int64
In [42]: obj.index = ['Bob', 'Steve', 'Jeff', 'Ryan']
In [43]: obj
Out[43]:
Bob 4
Steve 7
Jeff -5
Ryan 3
dtype: int64
2 DataFrame
DataFrame表示一个长方形表格，并包含排好序的列，每一列都可以是不同的数值类型（数字，字符串，布尔值）。DataFrame有行索引和列索引（row index, column index）；可以看做是分享所有索引的由series组成的字典。数据是保存在一维以上的区块里的。
（其实我是把dataframe当做excel里的那种表格来用的，这样感觉更直观一些）
建DataFrame的办法有很多，最常用的一种是直接传入一个由等长列表或NumPy数组组成的字典：
data = {'state': ['Ohio', 'Ohio', 'Ohio', 'Nevada', 'Nevada', 'Nevada'],
'year': [2000, 2001, 2002, 2001, 2002, 2003],
'pop': [1.5, 1.7, 3.6, 2.4, 2.9, 3.2]}
frame = pd.DataFrame(data)
frame #结果DataFrame会自动加上索引（跟Series一样），且全部列会被有序排列：
Out[44]:
pop state year
0 1.5 Ohio 2000
1 1.7 Ohio 2001
2 3.6 Ohio 2002
3 2.4 Nevada 2001
4 2.9 Nevada 2002
5 3.2 Nevada 2003
对于特别大的DataFrame，head方法会选取前五行：
frame.head()
Out[45]:
pop state year
0 1.5 Ohio 2000
1 1.7 Ohio 2001
2 3.6 Ohio 2002
3 2.4 Nevada 2001
4 2.9 Nevada 2002
如果指定了列序列，则DataFrame的列就会按照指定顺序进行排列：
pd.DataFrame(data,columns=['year','state','pop'])
Out[46]:
year state pop
0 2000 Ohio 1.5
1 2001 Ohio 1.7
2 2002 Ohio 3.6
3 2001 Nevada 2.4
4 2002 Nevada 2.9
5 2003 Nevada 3.2
如果你导入一个不存在的列名，那么会显示为缺失数据：
frame2 = pd.DataFrame(data, columns=['year', 'state', 'pop', 'debt'],
index=['one', 'two', 'three', 'four', 'five', 'six'])
frame2
Out[48]:
year state pop debt
one 2000 Ohio 1.5 NaN
two 2001 Ohio 1.7 NaN
three 2002 Ohio 3.6 NaN
four 2001 Nevada 2.4 NaN
five 2002 Nevada 2.9 NaN
six 2003 Nevada 3.2 NaN
frame2.columns
Out[49]: Index(['year', 'state', 'pop', 'debt'], dtype='object')
通过类似字典标记的方式或属性的方式，可以将DataFrame的列获取为一个Series：
frame2['state']
Out[50]:
one Ohio
two Ohio
three Ohio
four Nevada
five Nevada
six Nevada
Name: state, dtype: object
frame2['year']
Out[51]:
one 2000
two 2001
three 2002
four 2001
five 2002
six 2003
Name: year, dtype: int64
frame2.year
Out[52]:
one 2000
two 2001
three 2002
four 2001
five 2002
six 2003
Name: year, dtype: int64
笔记：IPython提供了类似属性的访问（即frame2.year）和tab补全。 frame2[column]适用于任何列的名，但是frame2.column只有在列名是一个合理的Python变量名时才适用。
注意，返回的Series拥有原DataFrame相同的索引，且其name属性也已经被相应地设置好了。
行也可以通过位置或名称的方式进行获取，比如用loc属性（稍后将对此进行详细讲解）：
frame2.loc['three']
Out[53]:
year 2002
state Ohio
pop 3.6
debt NaN
Name: three, dtype: object
列可以通过赋值的方式进行修改。例如，我们可以给那个空的"debt"列赋上一个标量值或一组值：
In [54]: frame2['debt'] = 16.5
In [55]: frame2
Out[55]:
year state pop debt
one 2000 Ohio 1.5 16.5
two 2001 Ohio 1.7 16.5
three 2002 Ohio 3.6 16.5
four 2001 Nevada 2.4 16.5
five 2002 Nevada 2.9 16.5
six 2003 Nevada 3.2 16.5
In [56]: frame2['debt'] = np.arange(6.)
In [57]: frame2
Out[57]:
year state pop debt
one 2000 Ohio 1.5 0.0
two 2001 Ohio 1.7 1.0
three 2002 Ohio 3.6 2.0
four 2001 Nevada 2.4 3.0
five 2002 Nevada 2.9 4.0
six 2003 Nevada 3.2 5.0
将列表或数组赋值给某个列时，其长度必须跟DataFrame的长度相匹配。如果赋值的是一个Series，就会精确匹配DataFrame的索引，所有的空位都将被填上缺失值：
val = pd.Series([-1.2,-1.5,-1.7],index=['two','four','five'])
frame2['debt'] = val
frame2
Out[63]:
year state pop debt
one 2000 Ohio 1.5 NaN
two 2001 Ohio 1.7 -1.2
three 2002 Ohio 3.6 NaN
four 2001 Nevada 2.4 -1.5
five 2002 Nevada 2.9 -1.7
six 2003 Nevada 3.2 NaN
为不存在的列赋值会创建出一个新列。关键字del用于删除列。
作为del的例子，我先添加一个新的布尔值的列，state是否为'Ohio'：
In [61]: frame2['eastern'] = frame2.state == 'Ohio'
In [62]: frame2
Out[62]:
year state pop debt eastern
one 2000 Ohio 1.5 NaN True
two 2001 Ohio 1.7 -1.2 True
three 2002 Ohio 3.6 NaN True
four 2001 Nevada 2.4 -1.5 False
five 2002 Nevada 2.9 -1.7 False
six 2003 Nevada 3.2 NaN False
注意：不能用frame2.eastern创建新的列。
del方法可以用来删除这列：
del frame2['eastern']
frame2.columns
Out[69]: Index(['year', 'state', 'pop', 'debt'], dtype='object')
注意：通过索引方式返回的列只是相应数据的视图而已，并不是副本。因此，对返回的Series所做的任何就地修改全都会反映到源DataFrame上。通过Series的copy方法即可指定复制列。
另一种常见的数据形式是嵌套字典：
pop = {'Nevada': {2001: 2.4, 2002: 2.9},
'Ohio': {2000: 1.5, 2001: 1.7, 2002: 3.6}}
frame3 = pd.DataFrame(pop)
frame3
Out[74]:
Nevada Ohio
2000 NaN 1.5
2001 2.4 1.7
2002 2.9 3.6
另外DataFrame也可以向numpy数组一样做转置：
frame3.T
Out[75]:
2000 2001 2002
Nevada NaN 2.4 2.9
Ohio 1.5 1.7 3.6
内层字典的键会被合并、排序以形成最终的索引。如果明确指定了索引，则不会这样：
pd.DataFrame(pop,index=[2001,2002,2003])
Out[76]:
Nevada Ohio
2001 2.4 1.7
2002 2.9 3.6
2003 NaN NaN
由Series组成的字典差不多也是一样的用法：
In [70]: pdata = {'Ohio': frame3['Ohio'][:-1],
....: 'Nevada': frame3['Nevada'][:2]}
In [71]: pd.DataFrame(pdata)
Out[71]:
Nevada Ohio
2000 NaN 1.5
2001 2.4 1.7
表5-1列出了DataFrame构造函数所能接受的各种数据。
如果设置了DataFrame的index和columns的name属性，则这些信息也会被显示出来：
In [72]: frame3.index.name = 'year'; frame3.columns.name = 'state'
In [73]: frame3
Out[73]:
state Nevada Ohio
year
2000 NaN 1.5
2001 2.4 1.7
2002 2.9 3.6
3. 索引对象
pandas的Index Objects (索引对象)负责保存axis labels和其他一些数据（比如axis name或names）。一个数组或其他一个序列标签，只要被用来做构建series或DataFrame，就会被自动转变为index：
obj = pd.Series(range(3),index = ['a','b','c'])
index = obj.index
index
Out[84]: Index(['a', 'b', 'c'], dtype='object')
index[1:]
Out[85]: Index(['b', 'c'], dtype='object')
Index对象是不可变的，因此用户不能对其进行修改：
idnex[1:]
---------------------------------------------------------------------------
NameError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-87-064d000c2ca0> in <module>()
----> 1 idnex[1:]
NameError: name 'idnex' is not defined
不可变可以使Index对象在多个数据结构之间安全共享：
labels = pd.Index(np.arange(3))
labels
Out[89]: Int64Index([0, 1, 2], dtype='int64')
obj2 = pd.Series([1.5,-2.5,0],index=labels)
obj2
Out[91]:
0 1.5
1 -2.5
2 0.0
dtype: float64
obj2.index is labels
Out[92]: True
注意：虽然用户不需要经常使用Index的功能，但是因为一些操作会生成包含被索引化的数据，理解它们的工作原理是很重要的。
除了类似于数组，Index的功能也类似一个固定大小的集合：
frame3
Out[94]:
state Nevada Ohio
year
2000 NaN 1.5
2001 2.4 1.7
2002 2.9 3.6
frame3.columns
Out[95]: Index(['Nevada', 'Ohio'], dtype='object', name='state')
'Ohio' in frame3.columns
Out[96]: True
2003 in frame3.index
Out[97]: False
与python里的set不同，pandas的index可以有重复的labels：
dup_labels = pd.Index(['foo', 'foo', 'bar', 'bar'])
dup_labels
Out[100]: Index(['foo', 'foo', 'bar', 'bar'], dtype='object')
选择重复的标签，会显示所有的结果。
每个索引都有一些方法和属性，它们可用于设置逻辑并回答有关该索引所包含的数据的常见问题。表5-2列出了这些函数。
网友评论