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Pandas 2.2 中文官方教程和指南（五）（4）

2024-05-16 43
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简介： Pandas 2.2 中文官方教程和指南（五）

Pandas 2.2 中文官方教程和指南（五）（3）https://developer.aliyun.com/article/1510585

查找字符串的长度

SAS 使用LENGTHN和LENGTHC函数确定字符字符串的长度。LENGTHN排除尾随空格，LENGTHC包括尾随空格。

data _null_;
set tips;
put(LENGTHN(time));
put(LENGTHC(time));
run;

您可以使用Series.str.len()找到字符字符串的长度。在 Python 3 中，所有字符串都是 Unicode 字符串。len包括尾随空格。使用len和rstrip来排除尾随空格。

In [1]: tips["time"].str.len()
Out[1]: 
67     6
92     6
111    6
145    5
135    5
 ..
182    6
156    6
59     6
212    6
170    6
Name: time, Length: 244, dtype: int64
In [2]: tips["time"].str.rstrip().str.len()
Out[2]: 
67     6
92     6
111    6
145    5
135    5
 ..
182    6
156    6
59     6
212    6
170    6
Name: time, Length: 244, dtype: int64

查找子字符串的位置

SAS 使用FINDW函数确定字符串中字符的位置。FINDW接受由第一个参数定义的字符串，并搜索你提供的第二个参数作为子字符串的第一个位置。

data _null_;
set tips;
put(FINDW(sex,'ale'));
run;

您可以使用Series.str.find()方法在字符串列中找到字符的位置。find搜索子字符串的第一个位置。如果找到子字符串，则该方法返回其位置。如果未找到，则返回-1。请记住，Python 索引是从零开始的。

In [1]: tips["sex"].str.find("ale")
Out[1]: 
67     3
92     3
111    3
145    3
135    3
 ..
182    1
156    1
59     1
212    1
170    1
Name: sex, Length: 244, dtype: int64

按位置提取子字符串

SAS 使用SUBSTR函数根据其位置从字符串中提取子字符串。

data _null_;
set tips;
put(substr(sex,1,1));
run;

使用 pandas，您可以使用[]符号按位置位置从字符串中提取子字符串。请记住，Python 索引是从零开始的。

In [1]: tips["sex"].str[0:1]
Out[1]: 
67     F
92     F
111    F
145    F
135    F
 ..
182    M
156    M
59     M
212    M
170    M
Name: sex, Length: 244, dtype: object

提取第 n 个单词

SAS 的SCAN函数从字符串中返回第 n 个单词。第一个参数是要解析的字符串，第二个参数指定要提取的单词。

data firstlast;
input String $60.;
First_Name = scan(string, 1);
Last_Name = scan(string, -1);
datalines2;
John Smith;
Jane Cook;
;;;
run;

用 pandas 提取单词的最简单方法是通过空格分割字符串，然后通过索引引用单词。请注意，如果需要，还有更强大的方法。

In [1]: firstlast = pd.DataFrame({"String": ["John Smith", "Jane Cook"]})
In [2]: firstlast["First_Name"] = firstlast["String"].str.split(" ", expand=True)[0]
In [3]: firstlast["Last_Name"] = firstlast["String"].str.rsplit(" ", expand=True)[1]
In [4]: firstlast
Out[4]: 
 String First_Name Last_Name
0  John Smith       John     Smith
1   Jane Cook       Jane      Cook

更改大小写

SAS 的 UPCASE、LOWCASE 和 PROPCASE 函数改变参数的大小写。

data firstlast;
input String $60.;
string_up = UPCASE(string);
string_low = LOWCASE(string);
string_prop = PROPCASE(string);
datalines2;
John Smith;
Jane Cook;
;;;
run;

pandas 相应的方法为Series.str.upper()、Series.str.lower()和Series.str.title()。

In [1]: firstlast = pd.DataFrame({"string": ["John Smith", "Jane Cook"]})
In [2]: firstlast["upper"] = firstlast["string"].str.upper()
In [3]: firstlast["lower"] = firstlast["string"].str.lower()
In [4]: firstlast["title"] = firstlast["string"].str.title()
In [5]: firstlast
Out[5]: 
 string       upper       lower       title
0  John Smith  JOHN SMITH  john smith  John Smith
1   Jane Cook   JANE COOK   jane cook   Jane Cook

合并

合并示例中将使用以下表格：

In [1]: df1 = pd.DataFrame({"key": ["A", "B", "C", "D"], "value": np.random.randn(4)})
In [2]: df1
Out[2]: 
 key     value
0   A  0.469112
1   B -0.282863
2   C -1.509059
3   D -1.135632
In [3]: df2 = pd.DataFrame({"key": ["B", "D", "D", "E"], "value": np.random.randn(4)})
In [4]: df2
Out[4]: 
 key     value
0   B  1.212112
1   D -0.173215
2   D  0.119209
3   E -1.044236

在 SAS 中，数据必须在合并之前明确排序。使用 in= 虚拟变量来实现不同类型的连接，以跟踪在一个或两个输入框架中是否找到了匹配项。

proc sort data=df1;
    by key;
run;
proc sort data=df2;
    by key;
run;
data left_join inner_join right_join outer_join;
    merge df1(in=a) df2(in=b);
    if a and b then output inner_join;
    if a then output left_join;
    if b then output right_join;
    if a or b then output outer_join;
run;

pandas DataFrame 有一个merge()方法，提供了类似的功能。数据不必提前排序，并且不同的连接类型通过 how 关键字实现。

In [1]: inner_join = df1.merge(df2, on=["key"], how="inner")
In [2]: inner_join
Out[2]: 
 key   value_x   value_y
0   B -0.282863  1.212112
1   D -1.135632 -0.173215
2   D -1.135632  0.119209
In [3]: left_join = df1.merge(df2, on=["key"], how="left")
In [4]: left_join
Out[4]: 
 key   value_x   value_y
0   A  0.469112       NaN
1   B -0.282863  1.212112
2   C -1.509059       NaN
3   D -1.135632 -0.173215
4   D -1.135632  0.119209
In [5]: right_join = df1.merge(df2, on=["key"], how="right")
In [6]: right_join
Out[6]: 
 key   value_x   value_y
0   B -0.282863  1.212112
1   D -1.135632 -0.173215
2   D -1.135632  0.119209
3   E       NaN -1.044236
In [7]: outer_join = df1.merge(df2, on=["key"], how="outer")
In [8]: outer_join
Out[8]: 
 key   value_x   value_y
0   A  0.469112       NaN
1   B -0.282863  1.212112
2   C -1.509059       NaN
3   D -1.135632 -0.173215
4   D -1.135632  0.119209
5   E       NaN -1.044236

缺失数据

pandas 和 SAS 都有一个表示缺失数据的表示形式。

pandas 用特殊的浮点值 NaN（不是一个数字）表示缺失数据。许多语义是相同的；例如，缺失数据在数值运算中传播，并且默认情况下在聚合中被忽略。

In [1]: outer_join
Out[1]: 
 key   value_x   value_y
0   A  0.469112       NaN
1   B -0.282863  1.212112
2   C -1.509059       NaN
3   D -1.135632 -0.173215
4   D -1.135632  0.119209
5   E       NaN -1.044236
In [2]: outer_join["value_x"] + outer_join["value_y"]
Out[2]: 
0         NaN
1    0.929249
2         NaN
3   -1.308847
4   -1.016424
5         NaN
dtype: float64
In [3]: outer_join["value_x"].sum()
Out[3]: -3.5940742896293765

一个区别是缺失数据不能与其标志值进行比较。例如，在 SAS 中，您可以这样做来过滤缺失值。

data outer_join_nulls;
    set outer_join;
    if value_x = .;
run;
data outer_join_no_nulls;
    set outer_join;
    if value_x ^= .;
run;

在 pandas 中，可以使用Series.isna()和Series.notna()来过滤行。

In [1]: outer_join[outer_join["value_x"].isna()]
Out[1]: 
 key  value_x   value_y
5   E      NaN -1.044236
In [2]: outer_join[outer_join["value_x"].notna()]
Out[2]: 
 key   value_x   value_y
0   A  0.469112       NaN
1   B -0.282863  1.212112
2   C -1.509059       NaN
3   D -1.135632 -0.173215
4   D -1.135632  0.119209

pandas 提供了多种处理缺失数据的方法。以下是一些示例：

删除含有缺失值的行

In [3]: outer_join.dropna()
Out[3]: 
 key   value_x   value_y
1   B -0.282863  1.212112
3   D -1.135632 -0.173215
4   D -1.135632  0.119209

从前面的行向前填充

In [4]: outer_join.ffill()
Out[4]: 
 key   value_x   value_y
0   A  0.469112       NaN
1   B -0.282863  1.212112
2   C -1.509059  1.212112
3   D -1.135632 -0.173215
4   D -1.135632  0.119209
5   E -1.135632 -1.044236

用指定值替换缺失值

使用均值：

In [5]: outer_join["value_x"].fillna(outer_join["value_x"].mean())
Out[5]: 
0    0.469112
1   -0.282863
2   -1.509059
3   -1.135632
4   -1.135632
5   -0.718815
Name: value_x, dtype: float64

删除含有缺失值的行

In [3]: outer_join.dropna()
Out[3]: 
 key   value_x   value_y
1   B -0.282863  1.212112
3   D -1.135632 -0.173215
4   D -1.135632  0.119209

从前面的行向前填充

In [4]: outer_join.ffill()
Out[4]: 
 key   value_x   value_y
0   A  0.469112       NaN
1   B -0.282863  1.212112
2   C -1.509059  1.212112
3   D -1.135632 -0.173215
4   D -1.135632  0.119209
5   E -1.135632 -1.044236

用指定值替换缺失值

使用均值：

In [5]: outer_join["value_x"].fillna(outer_join["value_x"].mean())
Out[5]: 
0    0.469112
1   -0.282863
2   -1.509059
3   -1.135632
4   -1.135632
5   -0.718815
Name: value_x, dtype: float64

分组

聚合

SAS 的 PROC SUMMARY 可以用于按一个或多个关键变量分组，并对数值列进行聚合计算。

proc summary data=tips nway;
    class sex smoker;
    var total_bill tip;
    output out=tips_summed sum=;
run;

pandas 提供了灵活的 groupby 机制，允许进行类似的聚合。详细内容和示例请参阅 groupby 文档。

In [1]: tips_summed = tips.groupby(["sex", "smoker"])[["total_bill", "tip"]].sum()
In [2]: tips_summed
Out[2]: 
 total_bill     tip
sex    smoker 
Female No          869.68  149.77
 Yes         527.27   96.74
Male   No         1725.75  302.00
 Yes        1217.07  183.07

转换

在 SAS 中，如果需要将组聚合与原始框架一起使用，则必须将其合并回来。例如，通过吸烟者组逐个观察减去均值。

proc summary data=tips missing nway;
    class smoker;
    var total_bill;
    output out=smoker_means mean(total_bill)=group_bill;
run;
proc sort data=tips;
    by smoker;
run;
data tips;
    merge tips(in=a) smoker_means(in=b);
    by smoker;
    adj_total_bill = total_bill - group_bill;
    if a and b;
run;

pandas 提供了一个 Transformation 机制，允许这些类型的操作在一个操作中简洁地表达。

In [1]: gb = tips.groupby("smoker")["total_bill"]
In [2]: tips["adj_total_bill"] = tips["total_bill"] - gb.transform("mean")
In [3]: tips
Out[3]: 
 total_bill    tip     sex smoker   day    time  size  adj_total_bill
67         1.07   1.00  Female    Yes   Sat  Dinner     1      -17.686344
92         3.75   1.00  Female    Yes   Fri  Dinner     2      -15.006344
111        5.25   1.00  Female     No   Sat  Dinner     1      -11.938278
145        6.35   1.50  Female     No  Thur   Lunch     2      -10.838278
135        6.51   1.25  Female     No  Thur   Lunch     2      -10.678278
..          ...    ...     ...    ...   ...     ...   ...             ...
182       43.35   3.50    Male    Yes   Sun  Dinner     3       24.593656
156       46.17   5.00    Male     No   Sun  Dinner     6       28.981722
59        46.27   6.73    Male     No   Sat  Dinner     4       29.081722
212       46.33   9.00    Male     No   Sat  Dinner     4       29.141722
170       48.81  10.00    Male    Yes   Sat  Dinner     3       30.053656
[244 rows x 8 columns]

按组处理

除了聚合，pandas 的groupby还可以用于复制 SAS 中的大多数其他按组处理。例如，这个DATA步骤按性别/吸烟者组读取数据，并过滤到每个组的第一个条目。

proc sort data=tips;
   by sex smoker;
run;
data tips_first;
    set tips;
    by sex smoker;
    if FIRST.sex or FIRST.smoker then output;
run;

在 pandas 中，这样写：

In [4]: tips.groupby(["sex", "smoker"]).first()
Out[4]: 
 total_bill   tip   day    time  size  adj_total_bill
sex    smoker 
Female No            5.25  1.00   Sat  Dinner     1      -11.938278
 Yes           1.07  1.00   Sat  Dinner     1      -17.686344
Male   No            5.51  2.00  Thur   Lunch     2      -11.678278
 Yes           5.25  5.15   Sun  Dinner     2      -13.506344

聚合

SAS 的PROC SUMMARY可以用于按一个或多个关键变量分组，并在数值列上计算聚合。

proc summary data=tips nway;
    class sex smoker;
    var total_bill tip;
    output out=tips_summed sum=;
run;

pandas 提供了灵活的groupby机制，允许进行类似的聚合。查看 groupby 文档获取更多详细信息和示例。

In [1]: tips_summed = tips.groupby(["sex", "smoker"])[["total_bill", "tip"]].sum()
In [2]: tips_summed
Out[2]: 
 total_bill     tip
sex    smoker 
Female No          869.68  149.77
 Yes         527.27   96.74
Male   No         1725.75  302.00
 Yes        1217.07  183.07

转换

在 SAS 中，如果需要将组聚合与原始框架一起使用，则必须将其合并在一起。例如，通过吸烟者组减去每个观察值的平均值。

proc summary data=tips missing nway;
    class smoker;
    var total_bill;
    output out=smoker_means mean(total_bill)=group_bill;
run;
proc sort data=tips;
    by smoker;
run;
data tips;
    merge tips(in=a) smoker_means(in=b);
    by smoker;
    adj_total_bill = total_bill - group_bill;
    if a and b;
run;

pandas 提供了一个 Transformation 机制，允许这些类型的操作在一个操作中简洁地表达。

In [1]: gb = tips.groupby("smoker")["total_bill"]
In [2]: tips["adj_total_bill"] = tips["total_bill"] - gb.transform("mean")
In [3]: tips
Out[3]: 
 total_bill    tip     sex smoker   day    time  size  adj_total_bill
67         1.07   1.00  Female    Yes   Sat  Dinner     1      -17.686344
92         3.75   1.00  Female    Yes   Fri  Dinner     2      -15.006344
111        5.25   1.00  Female     No   Sat  Dinner     1      -11.938278
145        6.35   1.50  Female     No  Thur   Lunch     2      -10.838278
135        6.51   1.25  Female     No  Thur   Lunch     2      -10.678278
..          ...    ...     ...    ...   ...     ...   ...             ...
182       43.35   3.50    Male    Yes   Sun  Dinner     3       24.593656
156       46.17   5.00    Male     No   Sun  Dinner     6       28.981722
59        46.27   6.73    Male     No   Sat  Dinner     4       29.081722
212       46.33   9.00    Male     No   Sat  Dinner     4       29.141722
170       48.81  10.00    Male    Yes   Sat  Dinner     3       30.053656
[244 rows x 8 columns]

按组处理

除了聚合，pandas 的groupby还可以用于复制 SAS 中的大多数其他按组处理。例如，这个DATA步骤按性别/吸烟者组读取数据，并过滤到每个组的第一个条目。

proc sort data=tips;
   by sex smoker;
run;
data tips_first;
    set tips;
    by sex smoker;
    if FIRST.sex or FIRST.smoker then output;
run;

在 pandas 中，这样写：

In [4]: tips.groupby(["sex", "smoker"]).first()
Out[4]: 
 total_bill   tip   day    time  size  adj_total_bill
sex    smoker 
Female No            5.25  1.00   Sat  Dinner     1      -11.938278
 Yes           1.07  1.00   Sat  Dinner     1      -17.686344
Male   No            5.51  2.00  Thur   Lunch     2      -11.678278
 Yes           5.25  5.15   Sun  Dinner     2      -13.506344

其他考虑

磁盘 vs 内存

pandas 仅在内存中运行，而 SAS 数据集存在于磁盘上。这意味着 pandas���够加载的数据大小受限于计算机的内存，但也意味着对该数据的操作可能更快。

如果需要进行核心外处理，一种可能性是dask.dataframe库（目前正在开发中），它为磁盘上的DataFrame提供了一部分 pandas 功能。

数据互操作

pandas 提供了一个read_sas()方法，可以读取以 XPORT 或 SAS7BDAT 二进制格式保存的 SAS 数据。

libname xportout xport 'transport-file.xpt';
data xportout.tips;
    set tips(rename=(total_bill=tbill));
 * xport variable names limited to 6 characters;
run; 
df = pd.read_sas("transport-file.xpt")
df = pd.read_sas("binary-file.sas7bdat")

您还可以直接指定文件格式。默认情况下，pandas 将尝试根据其扩展名推断文件格式。

df = pd.read_sas("transport-file.xpt", format="xport")
df = pd.read_sas("binary-file.sas7bdat", format="sas7bdat")

XPORT 是一个相对有限的格式，其解析不像其他 pandas 读取器那样经过优化。在 SAS 和 pandas 之间交换数据的另一种方法是序列化为 csv。

# version 0.17, 10M rows
In [8]: %time df = pd.read_sas('big.xpt')
Wall time: 14.6 s
In [9]: %time df = pd.read_csv('big.csv')
Wall time: 4.86 s

磁盘 vs 内存

pandas 仅在内存中运行，而 SAS 数据集存在于磁盘上。这意味着 pandas 能够加载的数据大小受限于计算机的内存，但也意味着对该数据的操作可能更快。

如果需要进行核心外处理，一种可能性是dask.dataframe库（目前正在开发中），它为磁盘上的DataFrame提供了一部分 pandas 功能。

数据互操作

pandas 提供了一个 read_sas() 方法，可以读取以 XPORT 或 SAS7BDAT 二进制格式保存的 SAS 数据。

libname xportout xport 'transport-file.xpt';
data xportout.tips;
    set tips(rename=(total_bill=tbill));
 * xport variable names limited to 6 characters;
run; 
df = pd.read_sas("transport-file.xpt")
df = pd.read_sas("binary-file.sas7bdat")

您也可以直接指定文件格式。默认情况下，pandas 将尝试根据文件扩展名推断文件格式。

df = pd.read_sas("transport-file.xpt", format="xport")
df = pd.read_sas("binary-file.sas7bdat", format="sas7bdat")

XPORT 是一个相对有限的格式，其解析并不像其他 pandas 读取器那样优化。在 SAS 和 pandas 之间进行数据交互的另一种方式是序列化为 csv。

# version 0.17, 10M rows
In [8]: %time df = pd.read_sas('big.xpt')
Wall time: 14.6 s
In [9]: %time df = pd.read_csv('big.csv')
Wall time: 4.86 s
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