小白学 Python 数据分析（4）：Pandas （三）数据结构 DataFrame

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小白学 Python 数据分析（1）：数据分析基础

小白学 Python 数据分析（2）：Pandas （一）概述

小白学 Python 数据分析（3）：Pandas （二）数据结构 Series

引言

DataFrame 是由多种类型的列构成的二维标签数据结构。

简单理解是类似于 Excel 、 SQL 表的结构。

DataFrame 是最常用的 Pandas 对象，与 Series 一样，DataFrame 支持多种类型的输入数据：

一维 ndarray、列表、字典、Series 字典
二维 numpy.ndarray
结构多维数组或记录多维数组
Series
DataFrame

构建 DataFrame

同 Excel 一样， DataFrame 拥有行标签（ index ）和列标签（ columns ），可以理解为 Excel 的行和列。

在构建 DataFrame 的时候，可以有选择的传递 index 和 columns 参数。

这样可以确保生成的 DataFrame 里包含索引或列。

注意： Python > = 3.6，且 Pandas > = 0.23，数据是字典，且未指定 columns 参数时，DataFrame 的列按字典的插入顺序排序。

Python < 3.6 或 Pandas < 0.23，且未指定 columns 参数时，DataFrame 的列按字典键的字母排序。

Series 字典或字典构建 DataFrame

先看一个简单的示例：

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)

结果如下：

   one  two
a  1.0  1.0
b  2.0  2.0
c  3.0  3.0
d  NaN  4.0

在通过 Series 构建 DataFrame 的时候，生成的 index （索引）是每个 Series 索引的并集。

先把嵌套字典转换为 Series 。如果没有指定列， DataFrame 的列就是字典键的有序列表。

这里我们在字典中使用两个字符串 one 和 two 作为字典的 key ，在构造 DataFrame 时会自动的使用我们的字典的 key 作为自己的 columns （列）。

如果我们在构造 DataFrame 手动指定索引，那么将会使用我们自行指定的索引，示例如下：

df1 = pd.DataFrame(d, index=['d', 'b', 'a'])
print(df1)

结果如下：

   one  two
d  NaN  4.0
b  2.0  2.0
a  1.0  1.0

如果我们同时指定 index 和 column ，那么 DataFrame 也将会使用我们指定的索引和列，如果我们指定的 index 或者 column 不存在，将会使用 NaN 进行默认值填充，示例如下：

df2 = pd.DataFrame(d, index=['d', 'b', 'a'], columns=['two', 'three'])
print(df2)

结果如下：

   two three
d  4.0   NaN
b  2.0   NaN
a  1.0   NaN

注意： 这里有一点需要注意，指定列与数据字典一起传递时，传递的列会覆盖字典的键。

在使用 Series 构建 DataFrame 时， DataFrame 会自动继承 Series 的索引，如果没有指定列名，默认列名是输入 Series 的名称。

多维数组字典构建 DataFrame

首先，多维数组的长度必须相同。

如果传递了索引参数，index 的长度必须与数组一致。

如果没有传递索引参数，那么将会按照序列从 0 开始，自动生成，示例如下：

d1 = {'one': [1., 2., 3., 4.],
      'two': [4., 3., 2., 1.]}

df3 = pd.DataFrame(d1)
print(df3)

df4 = pd.DataFrame(d1, index=['a', 'b', 'c', 'd'])
print(df4)

结果如下：

   one  two
0  1.0  4.0
1  2.0  3.0
2  3.0  2.0
3  4.0  1.0

   one  two
a  1.0  4.0
b  2.0  3.0
c  3.0  2.0
d  4.0  1.0

列表字典构建 DataFrame

d2 = [{'a': 1, 'b': 2}, {'a': 5, 'b': 10, 'c': 20}]

df5 = pd.DataFrame(d2)
print(df5)

df6 = pd.DataFrame(d2, index=['first', 'second'], columns=['a', 'b'])
print(df6)

结果如下：

   a   b     c
0  1   2   NaN
1  5  10  20.0

        a   b
first   1   2
second  5  10

元组字典构建 DataFrame

元组字典可以自动创建多层索引 DataFrame。

d3 = ({('a', 'b'): {('A', 'B'): 1, ('A', 'C'): 2},
       ('a', 'a'): {('A', 'C'): 3, ('A', 'B'): 4},
       ('a', 'c'): {('A', 'B'): 5, ('A', 'C'): 6},
       ('b', 'a'): {('A', 'C'): 7, ('A', 'B'): 8},
       ('b', 'b'): {('A', 'D'): 9, ('A', 'B'): 10}})

df7 = pd.DataFrame(d3)
print(df7)

结果如下：

       a              b      
       b    a    c    a     b
A B  1.0  4.0  5.0  8.0  10.0
  C  2.0  3.0  6.0  7.0   NaN
  D  NaN  NaN  NaN  NaN   9.0

提取、添加、删除

创建好了 DataFrame 以后，我们自然是希望可以动态的操作它，那么标准的 CRUD 操作必不可少。

获取数据示例如下，这里我们使用 df4 做演示：

提取

# 获取数据
print(df4)
# 按列获取
print(df4['one'])
# 按行获取
print(df4.loc['a'])
print(df4.iloc[0])

df4['three'] = df4['one'] * df4['two']
df4['flag'] = df4['one'] > 2
print(df4)

结果如下：

   one  two
a  1.0  4.0
b  2.0  3.0
c  3.0  2.0
d  4.0  1.0

a    1.0
b    2.0
c    3.0
d    4.0
Name: one, dtype: float64

one    1.0
two    4.0
Name: a, dtype: float64

one    1.0
two    4.0
Name: a, dtype: float64

   one  two  three   flag
a  1.0  4.0    4.0  False
b  2.0  3.0    6.0  False
c  3.0  2.0    6.0   True
d  4.0  1.0    4.0   True

删除

# 删除数据
del df4['two']
df4.pop('three')
print(df4)

结果如下：

   one   flag
a  1.0  False
b  2.0  False
c  3.0   True
d  4.0   True

增加

插入标量值，将会全部的列都插入，如下：

# 插入数据
df4['foo'] = 'bar'
print(df4)

结果如下

   one   flag  foo
a  1.0  False  bar
b  2.0  False  bar
c  3.0   True  bar
d  4.0   True  bar

插入与 DataFrame 索引不同的 Series 时，以 DataFrame 的索引为准：

df4['one_trunc'] = df4['one'][:2]
print(df4)

结果如下：

   one   flag  foo  one_trunc
a  1.0  False  bar        1.0
b  2.0  False  bar        2.0
c  3.0   True  bar        NaN
d  4.0   True  bar        NaN

可以插入原生多维数组，但长度必须与 DataFrame 索引长度一致。

可以使用 insert 方法插入数据，默认在 DataFrame 尾部插入列，但是可以手动指定插入列的位置，从 0 起算，示例如下：

df4.insert(1, 'bar', df4['one'])
print(df4)

结果如下：

   one  bar   flag  foo  one_trunc
a  1.0  1.0  False  bar        1.0
b  2.0  2.0  False  bar        2.0
c  3.0  3.0   True  bar        NaN
d  4.0  4.0   True  bar        NaN