技术经验分享:DataFrame(1):结构介绍

简介: 技术经验分享:DataFrame(1):结构介绍

认识DataFrame结构


DataFrame 一个表格型的数据结构,既有行标签(index),又有列标签(columns),它也被称异构数据表,所谓异构,指的是表格中每列的数据类型可以不同,比如可以是字符串、整型或者浮点型等。其结构图示意图,如下所示:


表格中展示了某个销售团队个人信息和绩效评级(rating)的相关数据。数据以行和列形式来表示,其中每一列表示一个属性,而每一行表示一个条目的信息。


下表展示了上述表格中每一列标签所描述数据的数据类型,如下所示:


ColumnType


name


String


age


integer


gender


String


rating


Float


DataFrame 的每一行数据都可以看成一个 Series 结构,只不过,DataFrame 为这些行中每个数据值增加了一个列标签。因此 DataFrame 其实是从 Series 的基础上演变而来。在数据分析任务中 DataFrame 的应用非常广泛,因为它描述数据的更为清晰、直观。


通过示例对 DataFrame 结构做进一步讲解。 下面展示了一张学生成绩表,如下所示:


同 Series 一样,DataFrame 自带行标签索引,默认为“隐式索引”即从 0 开始依次递增,行标签与 DataFrame 中的数据项一一对应。上述表格的行标签从 0 到 5,共记录了 5 条数据(图中将行标签省略)。当然你也可以用“显式索引”的方式来设置行标签。


下面对 DataFrame 数据结构的特点做简单地总结,如下所示:


DataFrame 每一列的标签值允许使用不同的数据类型;


DataFrame 是表格型的数据结构,具有行和列;


DataFrame 中的每个数据值都可以被修改。


DataFrame 结构的行数、列数允许增加或者删除;


DataFrame 有两个方向的标签轴,分别是行标签和列标签;


DataFrame 可以对行和列执行算术运算。


index表示的是行索引,column表示的是列索引,values表示的是数值,其实不管是行索引,还是列索引都可以看作是索引Index。从每一行看,DataFrame可以看作是一行行的Series序列上下堆积起来的,每个Series的索引就是列索引【0,1,2,3】;从每一列看,DataFrame可以看作是一列列的Series序列左右堆积起来的,每个Series的索引就是行索引【0,1,2】。


import pandas as pd


pd.DataFrame( data, index, columns, dtype, copy)


参数说明:


参数名称说明


data


输入的数据,可以是 ndarray,series,list,dict,标量以及一个 DataFrame。


index


行标签,如果没有传递 index 值,则默认行标签是 np.arange(n),n //代码效果参考:http://www.jhylw.com.cn/222341445.html

代表 data 的元素个数。

columns


列标签,如果没有传递 columns 值,则默认列标签是 np.arange(n)。


dtype


dtype表示每一列的数据类型。


copy


默认为 False,表示复制数据 data。


1) 创建空的DataFrame对象


使用下列方式创建一个空的 DataFrame,这是 DataFrame 最基本的创建方法。


import pandas as pd


df = pd.DataFrame()


print(df)


输出结果如下:


Empty DataFrame


Columns: 【】


Index: 【】


2) 列表创建DataFame对象


可以使用单一列表或嵌套列表来创建一个 DataFrame。


示例 1,单一列表创建 DataFrame:


import pandas as pd


data = 【1,2,3,4,5】


df = pd.DataFrame(data)


print(df)


输出如下:


0


0 1


1 2


2 3


3 4


4 5


示例 2,使用嵌套列表创建 DataFrame 对象:


import pandas as pd


data = 【【'Alex',10】,【'Bob',12】,【'Clarke',13】】


df = pd.DataFrame(data,columns=【'Name','Age'】)


print(df)


输出结果:


Name Age


0 Alex 10


1 Bob 12


2 Clarke 13


示例 3,指定数值元素的数据类型为 float:


import pandas as pd


//代码效果参考: http://www.jhylw.com.cn/293825735.html

data = 【【'Alex',10】,【'Bob',12】,【'Clarke',13】】


df = pd.DataFrame(data,columns=【'Name','Age'】,dtype=float)


print(df)


输出结果:


Name Age


0 Alex 10.0


1 Bob 12.0


2 Clarke 13.0


3) 字典嵌套列表创建


data 字典中,键对应的值的元素长度必须相同(也就是列表长度相同)。如果传递了索引,那么索引的长度应该等于数组的长度;如果没有传递索引,那么默认情况下,索引将是 range(n),其中 n 代表数组长度。


示例 4:


import pandas as pd


data = {'Name':【'Tom', 'Jack', 'Steve', 'Ricky'】,'Age':【28,34,29,42】}


df = pd.DataFrame(data)


print(df)


输出结果:


Age Name


0 28 Tom


1 34 Jack


2 29 Steve


3 42 Ricky


注意:这里使用了默认行标签,也就是 range(n)。它生成了 0,1,2,3,并分别对应了列表中的每个元素值。


示例 5,现在给上述示例 4 添加自定义的行标签:


import pandas as pd


data = {'Name':【'Tom', 'Jack', 'Steve', 'Ricky'】,'Age':【28,34,29,42】}


df = pd.DataFrame(data, index=【'rank1','rank2','rank3','rank4'】)


print(df)


输出结果如下:


Age Name


rank1 28 Tom


rank2 34 Jack


rank3 29 Steve


rank4 42 Ricky


注意:index 参数为每行分配了一个索引。


4) 列表嵌套字典创建DataFrame对象


列表嵌套字典可以作为输入数据传递给 DataFrame 构造函数。默认情况下,字典的键被用作列名。


示例 6 如下:


import pandas as pd


data = 【{'a': 1, 'b': 2},{'a': 5, 'b': 10, 'c': 20}】


df = pd.DataFrame(data)


print(df)


输出结果:


a b c


0 1 2 NaN


1 5 10 20.0


注意:如果其中某个元素值缺失,也就是字典的 key 无法找到对应的 value,将使用 NaN 代替。


示例 7,给上述示例 6 添加行标签索引:


import pandas as pd


data = 【{'a': 1, 'b': 2},{'a': 5, 'b': 10, 'c': 20}】


df = pd.DataFrame(data, index=【'first', 'second'】)


print(df)


输出结果:


a b c


first 1 2 NaN


second 5 10 20.0


示例 8,如何使用字典嵌套列表以及行、列索引表创建一个 DataFrame 对象。


输出结果:


import pandas as pd


data = 【{'a': 1, 'b': 2},{'a': 5, 'b': 10, 'c': 20}】


df1 = pd.DataFrame(data, index=【'first', 'second'】, columns=【'a', 'b'】)


df2 = pd.DataFrame(data, index=【'first', 'second'】, columns=【'a', 'b1'】)


print(df1)


print(df2)


#df2输出


a b


first 1 2


second 5 10


#df1输出


a b1


first 1 NaN


second 5 NaN


注意:因为 b1 在字典键中不存在,所以对应值为 NaN。


5) Series创建DataFrame对象


您也可以传递一个字典形式的 Series,从而创建一个 DataFrame 对象,其输出结果的行索引是所有 index 的合集。 示例如下:


import pandas as pd


d = {'one' : pd.Series(【1, 2, 3】, index=【'a', 'b', 'c'】),


'two' : pd.Series(【1, 2, 3, 4】, index=【'a', 'b', 'c', 'd'】)}


df = pd.DataFrame(d)


print(df)


输出结果如下:


one two


a 1.0 1


b 2.0 2


c 3.0 3


d NaN 4


注意:对于 one 列而言,此处虽然显示了行索引 'd',但由于没有与其对应的值,所以它的值为 NaN。


列索引操作DataFrame


DataFrame 可以使用列索(columns index)引来完成数据的选取、添加和删除操作。下面依次对这些操作进行介绍。


1) 列索引选取数据列


您可以使用列索引,轻松实现数据选取,示例如下:


import pandas as pd


d = {'one' : pd.Series(【1, 2, 3】, index=【'a', 'b', 'c'】),


'two' : pd.Series(【1, 2, 3, 4】, index=【'a', 'b', 'c', 'd'】)}


df = pd.DataFrame(d)


print(df 【'one'】)


输出结果:


a 1.0


b 2.0


c 3.0


d NaN


Name: one, dtype: float64


2) 列索引添加数据列


使用 columns 列索引表标签可以实现添加新的数据列,示例如下:


import pandas as pd


d = {'one' : pd.Series(【1, 2, 3】, index=【'a', 'b', 'c'】),


'two' : pd.Series(【1, 2, 3, 4】, index=【'a', 'b', 'c', 'd'】)}


df = pd.DataFrame(d)


#使用df【'列'】=值,插入新的数据列


df【'three'】=pd.Series(【10,20,30】,index=【'a','b','c'】)


print(df)


#将已经存在的数据列做相加运算


df【'four'】=df【'one'】+df【'three'】


print(df)


输出结果:


使用列索引创建新数据列:


one two three


a 1.0 1 10.0


b 2.0 2 20.0


c 3.0 3 30.0


d NaN 4 NaN


已存在的数据列做算术运算:


one two three four


a 1.0 1 10.0 11.0


b 2.0 2 20.0 22.0


c 3.0 3 30.0 33.0


d NaN 4 NaN NaN


上述示例,我们初次使用了 DataFrame 的算术运算,这和 NumPy 非常相似。除了使用df【】=value的方式外,您还可以使用 insert() 方法插入新的列,示例如下:


import pandas as pd


info=【【'Jack',18】,【'Helen',19】,【'John',17】】


df=pd.DataFrame(info,columns=【'name','age'】)


print(df)


#注意是column参数


#数值1代表插入到columns列表的索引位置


df.insert(1,column='score',value=【91,90,75】)


print(df)


输出结果:


添加前:


name age


0 Jack 18


1 Helen 19


2 John 17


添加后:


name score age


0 Jack 91 18


1 Helen 90 19


2 John 75 17


3) 列索引删除数据列


通过 del 和 pop() 都能够删除 DataFrame 中的数据列。示例如下:


import pandas as pd


d = {'one' : pd.Series(【1, 2, 3】, index=【'a', 'b', 'c'】),


'two' : pd.Series(【1, 2, 3, 4】, index=【'a', 'b', 'c', 'd'】),


'three' : pd.Series(【10,20,30】, index=【<span style="color:

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