Pandas 2.2 中文官方教程和指南（六）（1）-阿里云开发者社区

与 Stata 的比较

原文：pandas.pydata.org/docs/getting_started/comparison/comparison_with_stata.html

对于可能来自Stata的潜在用户，本页面旨在演示如何在 pandas 中执行不同的 Stata 操作。

如果您是 pandas 的新手，您可能首先想通过阅读 10 分钟入门 pandas 来熟悉该库。

惯例上，我们按照以下方式导入 pandas 和 NumPy：

In [1]: import pandas as pd
In [2]: import numpy as np

数据结构

通用术语翻译

pandas	Stata
`DataFrame`	数据集
列	变量
行	观察
groupby	bysort
`NaN`	`.`

`DataFrame`

在 pandas 中，DataFrame类似于 Stata 数据集 - 一个具有带标签列的二维数据源，可以是不同类型的数据。正如本文档所示，几乎可以在 Stata 中应用于数据集的任何操作也可以在 pandas 中完成。

`Series`

Series是表示DataFrame的一列的数据结构。Stata 没有单独的数据结构用于单列，但总体上，使用Series与在 Stata 中引用数据集的列类似。

`Index`

每个DataFrame和Series都有一个Index - 数据的行上的标签。Stata 没有完全类似的概念。在 Stata 中，数据集的行基本上是无标签的，除了可以使用_n访问的隐式整数索引。

在 pandas 中，如果未指定索引，则默认也使用整数索引（第一行=0，第二行=1，依此类推）。虽然使用带标签的Index或MultiIndex可以实现复杂的分析，并最终是理解 pandas 的重要部分，但在此比较中，我们将基本上忽略Index，只将DataFrame视为一组列。请参阅索引文档以了解如何有效使用Index。

复制 vs. 原地操作

大多数 pandas 操作返回Series/DataFrame的副本。要使更改“生效”，您需要将其分配给一个新变量：

sorted_df = df.sort_values("col1")

或覆盖原始数据：

df = df.sort_values("col1")

注意

您会看到一些方法可用的inplace=True或copy=False关键字参数：

df.replace(5, inplace=True)

关于在大多数方法（例如dropna）中弃用和移除inplace和copy进行了积极讨论，除了一小部分方法（包括replace）之外。在 Copy-on-Write 的上下文中，这两个关键字将不再必要。提案可以在这里找到。

数据输入/输出

从值构建 DataFrame

可以通过在input语句后放置数据并指定列名来构建 Stata 数据集。

input x y
1 2
3 4
5 6
end

可以以许多不同的方式构建 pandas 的DataFrame，但对于少量值来说，通常将其指定为 Python 字典是方便的，其中键是列名，值是数据。

In [3]: df = pd.DataFrame({"x": [1, 3, 5], "y": [2, 4, 6]})
In [4]: df
Out[4]: 
 x  y
0  1  2
1  3  4
2  5  6

读取外部数据

像 Stata 一样，pandas 提供了从许多格式中读取数据的实用程序。在 pandas 测试中找到的tips数据集（csv）将在接下来的许多示例中使用。

Stata 提供import delimited来将 csv 数据读入内存中的数据集。如果tips.csv文件在当前工作目录中，我们可以按照以下方式导入。

import delimited tips.csv

pandas 的方法是read_csv()，其工作方式类似。此外，如果提供了 url，它还会自动下载数据集。

In [5]: url = (
 ...:    "https://raw.githubusercontent.com/pandas-dev"
 ...:    "/pandas/main/pandas/tests/io/data/csv/tips.csv"
 ...: )
 ...: 
In [6]: tips = pd.read_csv(url)
In [7]: tips
Out[7]: 
 total_bill   tip     sex smoker   day    time  size
0         16.99  1.01  Female     No   Sun  Dinner     2
1         10.34  1.66    Male     No   Sun  Dinner     3
2         21.01  3.50    Male     No   Sun  Dinner     3
3         23.68  3.31    Male     No   Sun  Dinner     2
4         24.59  3.61  Female     No   Sun  Dinner     4
..          ...   ...     ...    ...   ...     ...   ...
239       29.03  5.92    Male     No   Sat  Dinner     3
240       27.18  2.00  Female    Yes   Sat  Dinner     2
241       22.67  2.00    Male    Yes   Sat  Dinner     2
242       17.82  1.75    Male     No   Sat  Dinner     2
243       18.78  3.00  Female     No  Thur  Dinner     2
[244 rows x 7 columns]

类似于import delimited，read_csv()可以接受许多参数来指定数据应如何解析。例如，如果数据实际上是制表符分隔的，没有列名，并且存在于当前工作目录中，则 pandas 命令将是：

tips = pd.read_csv("tips.csv", sep="\t", header=None)
# alternatively, read_table is an alias to read_csv with tab delimiter
tips = pd.read_table("tips.csv", header=None)

pandas 也可以使用read_stata()函数读取.dta格式的 Stata 数据集。

df = pd.read_stata("data.dta")

除了文本/csv 和 Stata 文件外，pandas 还支持各种其他数据格式，如 Excel、SAS、HDF5、Parquet 和 SQL 数据库。这些都是通过pd.read_*函数读取的。有关更多详细信息，请参阅 IO 文档。

限制输出

默认情况下，pandas 会截断大型DataFrame的输出，以显示第一行和最后一行。这可以通过更改 pandas 选项或使用DataFrame.head()或DataFrame.tail()来覆盖。

In [8]: tips.head(5)
Out[8]: 
 total_bill   tip     sex smoker  day    time  size
0       16.99  1.01  Female     No  Sun  Dinner     2
1       10.34  1.66    Male     No  Sun  Dinner     3
2       21.01  3.50    Male     No  Sun  Dinner     3
3       23.68  3.31    Male     No  Sun  Dinner     2
4       24.59  3.61  Female     No  Sun  Dinner     4

在 Stata 中的等价操作是：

list in 1/5

导出数据

在 Stata 中import delimited的反操作是export delimited

export delimited tips2.csv

类似于 Stata，read_csv的相反操作是DataFrame.to_csv()。

tips.to_csv("tips2.csv")

pandas 也可以使用DataFrame.to_stata()方法导出为 Stata 文件格式。

tips.to_stata("tips2.dta")

数据操作

列操作

在 Stata 中，可以在新的或现有列上使用generate和replace命令进行任意数学表达式。drop命令会从数据集中删除列。

replace total_bill = total_bill - 2
generate new_bill = total_bill / 2
drop new_bill

pandas 通过在DataFrame中指定各个Series来提供矢量化操作。新列可以以相同方式分配。DataFrame.drop()方法从DataFrame中删除一列。

In [9]: tips["total_bill"] = tips["total_bill"] - 2
In [10]: tips["new_bill"] = tips["total_bill"] / 2
In [11]: tips
Out[11]: 
 total_bill   tip     sex smoker   day    time  size  new_bill
0         14.99  1.01  Female     No   Sun  Dinner     2     7.495
1          8.34  1.66    Male     No   Sun  Dinner     3     4.170
2         19.01  3.50    Male     No   Sun  Dinner     3     9.505
3         21.68  3.31    Male     No   Sun  Dinner     2    10.840
4         22.59  3.61  Female     No   Sun  Dinner     4    11.295
..          ...   ...     ...    ...   ...     ...   ...       ...
239       27.03  5.92    Male     No   Sat  Dinner     3    13.515
240       25.18  2.00  Female    Yes   Sat  Dinner     2    12.590
241       20.67  2.00    Male    Yes   Sat  Dinner     2    10.335
242       15.82  1.75    Male     No   Sat  Dinner     2     7.910
243       16.78  3.00  Female     No  Thur  Dinner     2     8.390
[244 rows x 8 columns]
In [12]: tips = tips.drop("new_bill", axis=1)

过滤

在 Stata 中，通过对一个或多个列使用if子句来进行过滤。

list if total_bill > 10

数据框可以通过多种方式进行过滤；其中最直观的是使用布尔索引。

In [13]: tips[tips["total_bill"] > 10]
Out[13]: 
 total_bill   tip     sex smoker   day    time  size
0         14.99  1.01  Female     No   Sun  Dinner     2
2         19.01  3.50    Male     No   Sun  Dinner     3
3         21.68  3.31    Male     No   Sun  Dinner     2
4         22.59  3.61  Female     No   Sun  Dinner     4
5         23.29  4.71    Male     No   Sun  Dinner     4
..          ...   ...     ...    ...   ...     ...   ...
239       27.03  5.92    Male     No   Sat  Dinner     3
240       25.18  2.00  Female    Yes   Sat  Dinner     2
241       20.67  2.00    Male    Yes   Sat  Dinner     2
242       15.82  1.75    Male     No   Sat  Dinner     2
243       16.78  3.00  Female     No  Thur  Dinner     2
[204 rows x 7 columns]

上述语句只是将True/False对象的Series传递给数据框，返回所有具有True的行。

In [14]: is_dinner = tips["time"] == "Dinner"
In [15]: is_dinner
Out[15]: 
0      True
1      True
2      True
3      True
4      True
 ... 
239    True
240    True
241    True
242    True
243    True
Name: time, Length: 244, dtype: bool
In [16]: is_dinner.value_counts()
Out[16]: 
time
True     176
False     68
Name: count, dtype: int64
In [17]: tips[is_dinner]
Out[17]: 
 total_bill   tip     sex smoker   day    time  size
0         14.99  1.01  Female     No   Sun  Dinner     2
1          8.34  1.66    Male     No   Sun  Dinner     3
2         19.01  3.50    Male     No   Sun  Dinner     3
3         21.68  3.31    Male     No   Sun  Dinner     2
4         22.59  3.61  Female     No   Sun  Dinner     4
..          ...   ...     ...    ...   ...     ...   ...
239       27.03  5.92    Male     No   Sat  Dinner     3
240       25.18  2.00  Female    Yes   Sat  Dinner     2
241       20.67  2.00    Male    Yes   Sat  Dinner     2
242       15.82  1.75    Male     No   Sat  Dinner     2
243       16.78  3.00  Female     No  Thur  Dinner     2
[176 rows x 7 columns]

如果/然后逻辑

在 Stata 中，if子句也可用于创建新列。

generate bucket = "low" if total_bill < 10
replace bucket = "high" if total_bill >= 10

在 pandas 中，可以使用numpy的where方法来执行相同的操作。

In [18]: tips["bucket"] = np.where(tips["total_bill"] < 10, "low", "high")
In [19]: tips
Out[19]: 
 total_bill   tip     sex smoker   day    time  size bucket
0         14.99  1.01  Female     No   Sun  Dinner     2   high
1          8.34  1.66    Male     No   Sun  Dinner     3    low
2         19.01  3.50    Male     No   Sun  Dinner     3   high
3         21.68  3.31    Male     No   Sun  Dinner     2   high
4         22.59  3.61  Female     No   Sun  Dinner     4   high
..          ...   ...     ...    ...   ...     ...   ...    ...
239       27.03  5.92    Male     No   Sat  Dinner     3   high
240       25.18  2.00  Female    Yes   Sat  Dinner     2   high
241       20.67  2.00    Male    Yes   Sat  Dinner     2   high
242       15.82  1.75    Male     No   Sat  Dinner     2   high
243       16.78  3.00  Female     No  Thur  Dinner     2   high
[244 rows x 8 columns]

日期功能

Stata 提供了各种函数来对日期/时间列进行操作。

generate date1 = mdy(1, 15, 2013)
generate date2 = date("Feb152015", "MDY")
generate date1_year = year(date1)
generate date2_month = month(date2)
* shift date to beginning of next month
generate date1_next = mdy(month(date1) + 1, 1, year(date1)) if month(date1) != 12
replace date1_next = mdy(1, 1, year(date1) + 1) if month(date1) == 12
generate months_between = mofd(date2) - mofd(date1)
list date1 date2 date1_year date2_month date1_next months_between

下面显示了等效的 pandas 操作。除了这些功能外，pandas 还支持其他 Stata 中不可用的时间序列功能（如时区处理和自定义偏移）-有关更多详细信息，请参阅时间序列文档。

In [20]: tips["date1"] = pd.Timestamp("2013-01-15")
In [21]: tips["date2"] = pd.Timestamp("2015-02-15")
In [22]: tips["date1_year"] = tips["date1"].dt.year
In [23]: tips["date2_month"] = tips["date2"].dt.month
In [24]: tips["date1_next"] = tips["date1"] + pd.offsets.MonthBegin()
In [25]: tips["months_between"] = tips["date2"].dt.to_period("M") - tips[
 ....:    "date1"
 ....: ].dt.to_period("M")
 ....: 
In [26]: tips[
 ....:    ["date1", "date2", "date1_year", "date2_month", "date1_next", "months_between"]
 ....: ]
 ....: 
Out[26]: 
 date1      date2  date1_year  date2_month date1_next    months_between
0   2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
1   2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
2   2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
3   2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
4   2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
..         ...        ...         ...          ...        ...               ...
239 2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
240 2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
241 2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
242 2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
243 2013-01-15 2015-02-15        2013            2 2013-02-01  <25 * MonthEnds>
[244 rows x 6 columns]

选择列

Stata 提供了关键字来选择、删除和重命名列。

keep sex total_bill tip
drop sex
rename total_bill total_bill_2

下面展示了在 pandas 中表达相同操作的方式。

保留特定列

In [27]: tips[["sex", "total_bill", "tip"]]
Out[27]: 
 sex  total_bill   tip
0    Female       14.99  1.01
1      Male        8.34  1.66
2      Male       19.01  3.50
3      Male       21.68  3.31
4    Female       22.59  3.61
..      ...         ...   ...
239    Male       27.03  5.92
240  Female       25.18  2.00
241    Male       20.67  2.00
242    Male       15.82  1.75
243  Female       16.78  3.00
[244 rows x 3 columns]

删除一列

In [28]: tips.drop("sex", axis=1)
Out[28]: 
 total_bill   tip smoker   day    time  size
0         14.99  1.01     No   Sun  Dinner     2
1          8.34  1.66     No   Sun  Dinner     3
2         19.01  3.50     No   Sun  Dinner     3
3         21.68  3.31     No   Sun  Dinner     2
4         22.59  3.61     No   Sun  Dinner     4
..          ...   ...    ...   ...     ...   ...
239       27.03  5.92     No   Sat  Dinner     3
240       25.18  2.00    Yes   Sat  Dinner     2
241       20.67  2.00    Yes   Sat  Dinner     2
242       15.82  1.75     No   Sat  Dinner     2
243       16.78  3.00     No  Thur  Dinner     2
[244 rows x 6 columns]

重命名列

In [29]: tips.rename(columns={"total_bill": "total_bill_2"})
Out[29]: 
 total_bill_2   tip     sex smoker   day    time  size
0           14.99  1.01  Female     No   Sun  Dinner     2
1            8.34  1.66    Male     No   Sun  Dinner     3
2           19.01  3.50    Male     No   Sun  Dinner     3
3           21.68  3.31    Male     No   Sun  Dinner     2
4           22.59  3.61  Female     No   Sun  Dinner     4
..            ...   ...     ...    ...   ...     ...   ...
239         27.03  5.92    Male     No   Sat  Dinner     3
240         25.18  2.00  Female    Yes   Sat  Dinner     2
241         20.67  2.00    Male    Yes   Sat  Dinner     2
242         15.82  1.75    Male     No   Sat  Dinner     2
243         16.78  3.00  Female     No  Thur  Dinner     2
[244 rows x 7 columns]

按值排序

在 Stata 中，通过sort来实现排序

sort sex total_bill

pandas 有一个DataFrame.sort_values()方法，可以按列排序。

In [30]: tips = tips.sort_values(["sex", "total_bill"])
In [31]: tips
Out[31]: 
 total_bill    tip     sex smoker   day    time  size
67         1.07   1.00  Female    Yes   Sat  Dinner     1
92         3.75   1.00  Female    Yes   Fri  Dinner     2
111        5.25   1.00  Female     No   Sat  Dinner     1
145        6.35   1.50  Female     No  Thur   Lunch     2
135        6.51   1.25  Female     No  Thur   Lunch     2
..          ...    ...     ...    ...   ...     ...   ...
182       43.35   3.50    Male    Yes   Sun  Dinner     3
156       46.17   5.00    Male     No   Sun  Dinner     6
59        46.27   6.73    Male     No   Sat  Dinner     4
212       46.33   9.00    Male     No   Sat  Dinner     4
170       48.81  10.00    Male    Yes   Sat  Dinner     3
[244 rows x 7 columns]

字符串处理

查找字符串长度

Stata 使用strlen()和ustrlen()函数分别确定 ASCII 和 Unicode 字符串的长度。

generate strlen_time = strlen(time)
generate ustrlen_time = ustrlen(time)

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 [32]: tips["time"].str.len()
Out[32]: 
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 [33]: tips["time"].str.rstrip().str.len()
Out[33]: 
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

Stata 使用strpos()函数确定字符串中字符的位置。该函数接受由第一个参数定义的字符串，并搜索您提供的第二个参数作为子字符串的第一个位置。

generate str_position = strpos(sex, "ale") 
• 1

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 [34]: tips["sex"].str.find("ale")
Out[34]: 
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

根据位置提取子字符串

Stata 使用substr()函数根据位置从字符串中提取子字符串。

generate short_sex = substr(sex, 1, 1)

使用 pandas，您可以使用[]符号按位置提取字符串中的子字符串。请记住，Python 的索引是从零开始的。

In [35]: tips["sex"].str[0:1]
Out[35]: 
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

Stata 的word()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。

clear
input str20 string
"John Smith"
"Jane Cook"
end
generate first_name = word(name, 1)
generate last_name = word(name, -1)

在 pandas 中提取单词的最简单方法是通过空格拆分字符串，然后按索引引用单词。请注意，如果需要，还有更强大的方法。

In [36]: firstlast = pd.DataFrame({"String": ["John Smith", "Jane Cook"]})
In [37]: firstlast["First_Name"] = firstlast["String"].str.split(" ", expand=True)[0]
In [38]: firstlast["Last_Name"] = firstlast["String"].str.rsplit(" ", expand=True)[1]
In [39]: firstlast
Out[39]: 
 String First_Name Last_Name
0  John Smith       John     Smith
1   Jane Cook       Jane      Cook

更改大小写

Stata 的strupper()、strlower()、strproper()、ustrupper()、ustrlower()和ustrtitle()函数分别更改 ASCII 和 Unicode 字符串的大小写。

clear
input str20 string
"John Smith"
"Jane Cook"
end
generate upper = strupper(string)
generate lower = strlower(string)
generate title = strproper(string)
list

等效的 pandas 方法是Series.str.upper()、Series.str.lower()和Series.str.title()。

In [40]: firstlast = pd.DataFrame({"string": ["John Smith", "Jane Cook"]})
In [41]: firstlast["upper"] = firstlast["string"].str.upper()
In [42]: firstlast["lower"] = firstlast["string"].str.lower()
In [43]: firstlast["title"] = firstlast["string"].str.title()
In [44]: firstlast
Out[44]: 
 string       upper       lower       title
0  John Smith  JOHN SMITH  john smith  John Smith
1   Jane Cook   JANE COOK   jane cook   Jane Cook

合并

下表将用于合并示例：

In [45]: df1 = pd.DataFrame({"key": ["A", "B", "C", "D"], "value": np.random.randn(4)})
In [46]: df1
Out[46]: 
 key     value
0   A  0.469112
1   B -0.282863
2   C -1.509059
3   D -1.135632
In [47]: df2 = pd.DataFrame({"key": ["B", "D", "D", "E"], "value": np.random.randn(4)})
In [48]: df2
Out[48]: 
 key     value
0   B  1.212112
1   D -0.173215
2   D  0.119209
3   E -1.044236

在 Stata 中，要执行合并，一个数据集必须在内存中，另一个必须作为磁盘上的文件名引用。相比之下，Python 必须已经将两个DataFrames都加载到内存中。

默认情况下，Stata 执行外连接，合并后两个数据集中的所有观测值都保留在内存中。可以通过使用_merge变量中创建的值，仅保留来自初始数据集、合并数据集或两者交集的观测值。

* First create df2 and save to disk
clear
input str1 key
B
D
D
E
end
generate value = rnormal()
save df2.dta
* Now create df1 in memory
clear
input str1 key
A
B
C
D
end
generate value = rnormal()
preserve
* Left join
merge 1:n key using df2.dta
keep if _merge == 1
* Right join
restore, preserve
merge 1:n key using df2.dta
keep if _merge == 2
* Inner join
restore, preserve
merge 1:n key using df2.dta
keep if _merge == 3
* Outer join
restore
merge 1:n key using df2.dta

pandas DataFrames 具有merge()方法，提供类似的功能。数据不必事先排序，不同的连接类型通过how关键字实现。

In [49]: inner_join = df1.merge(df2, on=["key"], how="inner")
In [50]: inner_join
Out[50]: 
 key   value_x   value_y
0   B -0.282863  1.212112
1   D -1.135632 -0.173215
2   D -1.135632  0.119209
In [51]: left_join = df1.merge(df2, on=["key"], how="left")
In [52]: left_join
Out[52]: 
 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 [53]: right_join = df1.merge(df2, on=["key"], how="right")
In [54]: right_join
Out[54]: 
 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 [55]: outer_join = df1.merge(df2, on=["key"], how="outer")
In [56]: outer_join
Out[56]: 
 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

Pandas 2.2 中文官方教程和指南（六）（2）https://developer.aliyun.com/article/1509741

Pandas 2.2 中文官方教程和指南（六）（1）

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