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Pandas 2.2 中文官方教程和指南（十六）（3）

2024-05-15 32
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简介： Pandas 2.2 中文官方教程和指南（十六）

Pandas 2.2 中文官方教程和指南（十六）（2）https://developer.aliyun.com/article/1509817

删除缺失数据

dropna()删除带有缺失数据的行或列。

In [83]: df = pd.DataFrame([[np.nan, 1, 2], [1, 2, np.nan], [1, 2, 3]])
In [84]: df
Out[84]: 
 0  1    2
0  NaN  1  2.0
1  1.0  2  NaN
2  1.0  2  3.0
In [85]: df.dropna()
Out[85]: 
 0  1    2
2  1.0  2  3.0
In [86]: df.dropna(axis=1)
Out[86]: 
 1
0  1
1  2
2  2
In [87]: ser = pd.Series([1, pd.NA], dtype="int64[pyarrow]")
In [88]: ser.dropna()
Out[88]: 
0    1
dtype: int64[pyarrow]

填充缺失数据

按值填充

fillna()用非 NA 数据替换 NA 值。

用标量值替换 NA 值

In [89]: data = {"np": [1.0, np.nan, np.nan, 2], "arrow": pd.array([1.0, pd.NA, pd.NA, 2], dtype="float64[pyarrow]")}
In [90]: df = pd.DataFrame(data)
In [91]: df
Out[91]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  NaN   <NA>
2  NaN   <NA>
3  2.0    2.0
In [92]: df.fillna(0)
Out[92]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  0.0    0.0
2  0.0    0.0
3  2.0    2.0

向前或向后填补间隙

In [93]: df.ffill()
Out[93]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  1.0    1.0
2  1.0    1.0
3  2.0    2.0
In [94]: df.bfill()
Out[94]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  2.0    2.0
2  2.0    2.0
3  2.0    2.0

限制填充的 NA 值数量

In [95]: df.ffill(limit=1)
Out[95]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  1.0    1.0
2  NaN   <NA>
3  2.0    2.0

NA 值可以用原始对象和填充对象之间的索引和列对齐的Series或DataFrame中的相应值替换。

In [96]: dff = pd.DataFrame(np.arange(30, dtype=np.float64).reshape(10, 3), columns=list("ABC"))
In [97]: dff.iloc[3:5, 0] = np.nan
In [98]: dff.iloc[4:6, 1] = np.nan
In [99]: dff.iloc[5:8, 2] = np.nan
In [100]: dff
Out[100]: 
 A     B     C
0   0.0   1.0   2.0
1   3.0   4.0   5.0
2   6.0   7.0   8.0
3   NaN  10.0  11.0
4   NaN   NaN  14.0
5  15.0   NaN   NaN
6  18.0  19.0   NaN
7  21.0  22.0   NaN
8  24.0  25.0  26.0
9  27.0  28.0  29.0
In [101]: dff.fillna(dff.mean())
Out[101]: 
 A     B          C
0   0.00   1.0   2.000000
1   3.00   4.0   5.000000
2   6.00   7.0   8.000000
3  14.25  10.0  11.000000
4  14.25  14.5  14.000000
5  15.00  14.5  13.571429
6  18.00  19.0  13.571429
7  21.00  22.0  13.571429
8  24.00  25.0  26.000000
9  27.00  28.0  29.000000

注意

DataFrame.where()也可用于填充 NA 值。与上述结果相同。

In [102]: dff.where(pd.notna(dff), dff.mean(), axis="columns")
Out[102]: 
 A     B          C
0   0.00   1.0   2.000000
1   3.00   4.0   5.000000
2   6.00   7.0   8.000000
3  14.25  10.0  11.000000
4  14.25  14.5  14.000000
5  15.00  14.5  13.571429
6  18.00  19.0  13.571429
7  21.00  22.0  13.571429
8  24.00  25.0  26.000000
9  27.00  28.0  29.000000 
```### 插值
`DataFrame.interpolate()`和`Series.interpolate()`使用各种插值方法填充 NA 值。
```py
In [103]: df = pd.DataFrame(
 .....:    {
 .....:        "A": [1, 2.1, np.nan, 4.7, 5.6, 6.8],
 .....:        "B": [0.25, np.nan, np.nan, 4, 12.2, 14.4],
 .....:    }
 .....: )
 .....: 
In [104]: df
Out[104]: 
 A      B
0  1.0   0.25
1  2.1    NaN
2  NaN    NaN
3  4.7   4.00
4  5.6  12.20
5  6.8  14.40
In [105]: df.interpolate()
Out[105]: 
 A      B
0  1.0   0.25
1  2.1   1.50
2  3.4   2.75
3  4.7   4.00
4  5.6  12.20
5  6.8  14.40
In [106]: idx = pd.date_range("2020-01-01", periods=10, freq="D")
In [107]: data = np.random.default_rng(2).integers(0, 10, 10).astype(np.float64)
In [108]: ts = pd.Series(data, index=idx)
In [109]: ts.iloc[[1, 2, 5, 6, 9]] = np.nan
In [110]: ts
Out[110]: 
2020-01-01    8.0
2020-01-02    NaN
2020-01-03    NaN
2020-01-04    2.0
2020-01-05    4.0
2020-01-06    NaN
2020-01-07    NaN
2020-01-08    0.0
2020-01-09    3.0
2020-01-10    NaN
Freq: D, dtype: float64
In [111]: ts.plot()
Out[111]: <Axes: > 


In [112]: ts.interpolate()
Out[112]: 
2020-01-01    8.000000
2020-01-02    6.000000
2020-01-03    4.000000
2020-01-04    2.000000
2020-01-05    4.000000
2020-01-06    2.666667
2020-01-07    1.333333
2020-01-08    0.000000
2020-01-09    3.000000
2020-01-10    3.000000
Freq: D, dtype: float64
In [113]: ts.interpolate().plot()
Out[113]: <Axes: >


相对于DatetimeIndex中的Timestamp进行插值，可通过设置method="time"来实现。

In [114]: ts2 = ts.iloc[[0, 1, 3, 7, 9]]
In [115]: ts2
Out[115]: 
2020-01-01    8.0
2020-01-02    NaN
2020-01-04    2.0
2020-01-08    0.0
2020-01-10    NaN
dtype: float64
In [116]: ts2.interpolate()
Out[116]: 
2020-01-01    8.0
2020-01-02    5.0
2020-01-04    2.0
2020-01-08    0.0
2020-01-10    0.0
dtype: float64
In [117]: ts2.interpolate(method="time")
Out[117]: 
2020-01-01    8.0
2020-01-02    6.0
2020-01-04    2.0
2020-01-08    0.0
2020-01-10    0.0
dtype: float64

对于浮点索引，请使用method='values'：

In [118]: idx = [0.0, 1.0, 10.0]
In [119]: ser = pd.Series([0.0, np.nan, 10.0], idx)
In [120]: ser
Out[120]: 
0.0      0.0
1.0      NaN
10.0    10.0
dtype: float64
In [121]: ser.interpolate()
Out[121]: 
0.0      0.0
1.0      5.0
10.0    10.0
dtype: float64
In [122]: ser.interpolate(method="values")
Out[122]: 
0.0      0.0
1.0      1.0
10.0    10.0
dtype: float64

如果您安装了scipy，您可以将一个 1-d 插值例程的名称传递给method。如在 scipy 插值文档和参考指南中指定的。适当的插值方法将取决于数据类型。

提���

如果你处理的时间序列以递增速率增长，请使用method='barycentric'。

如果您有近似累积分布函数的值，请使用method='pchip'。

为了填补缺失值以实现平滑绘图的目的，请使用method='akima'。

In [123]: df = pd.DataFrame(
 .....:   {
 .....:      "A": [1, 2.1, np.nan, 4.7, 5.6, 6.8],
 .....:      "B": [0.25, np.nan, np.nan, 4, 12.2, 14.4],
 .....:   }
 .....: )
 .....: 
In [124]: df
Out[124]: 
 A      B
0  1.0   0.25
1  2.1    NaN
2  NaN    NaN
3  4.7   4.00
4  5.6  12.20
5  6.8  14.40
In [125]: df.interpolate(method="barycentric")
Out[125]: 
 A       B
0  1.00   0.250
1  2.10  -7.660
2  3.53  -4.515
3  4.70   4.000
4  5.60  12.200
5  6.80  14.400
In [126]: df.interpolate(method="pchip")
Out[126]: 
 A          B
0  1.00000   0.250000
1  2.10000   0.672808
2  3.43454   1.928950
3  4.70000   4.000000
4  5.60000  12.200000
5  6.80000  14.400000
In [127]: df.interpolate(method="akima")
Out[127]: 
 A          B
0  1.000000   0.250000
1  2.100000  -0.873316
2  3.406667   0.320034
3  4.700000   4.000000
4  5.600000  12.200000
5  6.800000  14.400000

当通过多项式或样条近似进行插值时，您还必须指定近似的次数或阶数：

In [128]: df.interpolate(method="spline", order=2)
Out[128]: 
 A          B
0  1.000000   0.250000
1  2.100000  -0.428598
2  3.404545   1.206900
3  4.700000   4.000000
4  5.600000  12.200000
5  6.800000  14.400000
In [129]: df.interpolate(method="polynomial", order=2)
Out[129]: 
 A          B
0  1.000000   0.250000
1  2.100000  -2.703846
2  3.451351  -1.453846
3  4.700000   4.000000
4  5.600000  12.200000
5  6.800000  14.400000

比较几种方法。

In [130]: np.random.seed(2)
In [131]: ser = pd.Series(np.arange(1, 10.1, 0.25) ** 2 + np.random.randn(37))
In [132]: missing = np.array([4, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 29])
In [133]: ser.iloc[missing] = np.nan
In [134]: methods = ["linear", "quadratic", "cubic"]
In [135]: df = pd.DataFrame({m: ser.interpolate(method=m) for m in methods})
In [136]: df.plot()
Out[136]: <Axes: >


通过Series.reindex()从扩展数据中插值新观测。

In [137]: ser = pd.Series(np.sort(np.random.uniform(size=100)))
# interpolate at new_index
In [138]: new_index = ser.index.union(pd.Index([49.25, 49.5, 49.75, 50.25, 50.5, 50.75]))
In [139]: interp_s = ser.reindex(new_index).interpolate(method="pchip")
In [140]: interp_s.loc[49:51]
Out[140]: 
49.00    0.471410
49.25    0.476841
49.50    0.481780
49.75    0.485998
50.00    0.489266
50.25    0.491814
50.50    0.493995
50.75    0.495763
51.00    0.497074
dtype: float64
插值限制

interpolate() 接受一个 limit 关键字参数，以限制自上次有效观察以来填充的连续 NaN 值的数量

In [141]: ser = pd.Series([np.nan, np.nan, 5, np.nan, np.nan, np.nan, 13, np.nan, np.nan])
In [142]: ser
Out[142]: 
0     NaN
1     NaN
2     5.0
3     NaN
4     NaN
5     NaN
6    13.0
7     NaN
8     NaN
dtype: float64
In [143]: ser.interpolate()
Out[143]: 
0     NaN
1     NaN
2     5.0
3     7.0
4     9.0
5    11.0
6    13.0
7    13.0
8    13.0
dtype: float64
In [144]: ser.interpolate(limit=1)
Out[144]: 
0     NaN
1     NaN
2     5.0
3     7.0
4     NaN
5     NaN
6    13.0
7    13.0
8     NaN
dtype: float64

默认情况下，NaN 值以 forward 方向填充。使用 limit_direction 参数以 backward 或从 both 方向填充。

In [145]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="backward")
Out[145]: 
0     NaN
1     5.0
2     5.0
3     NaN
4     NaN
5    11.0
6    13.0
7     NaN
8     NaN
dtype: float64
In [146]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="both")
Out[146]: 
0     NaN
1     5.0
2     5.0
3     7.0
4     NaN
5    11.0
6    13.0
7    13.0
8     NaN
dtype: float64
In [147]: ser.interpolate(limit_direction="both")
Out[147]: 
0     5.0
1     5.0
2     5.0
3     7.0
4     9.0
5    11.0
6    13.0
7    13.0
8    13.0
dtype: float64

默认情况下，NaN 值会被填充，无论它们是否被现有有效值包围或在现有有效值之外。limit_area 参数限制填充到值的内部或外部。

# fill one consecutive inside value in both directions
In [148]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="inside", limit=1)
Out[148]: 
0     NaN
1     NaN
2     5.0
3     7.0
4     NaN
5    11.0
6    13.0
7     NaN
8     NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values backward
In [149]: ser.interpolate(limit_direction="backward", limit_area="outside")
Out[149]: 
0     5.0
1     5.0
2     5.0
3     NaN
4     NaN
5     NaN
6    13.0
7     NaN
8     NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values in both directions
In [150]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="outside")
Out[150]: 
0     5.0
1     5.0
2     5.0
3     NaN
4     NaN
5     NaN
6    13.0
7    13.0
8    13.0
dtype: float64 
```### 替换值
`Series.replace()` 和 `DataFrame.replace()` 可以类似于 `Series.fillna()` 和 `DataFrame.fillna()` 用于替换或插入缺失值。
```py
In [151]: df = pd.DataFrame(np.eye(3))
In [152]: df
Out[152]: 
 0    1    2
0  1.0  0.0  0.0
1  0.0  1.0  0.0
2  0.0  0.0  1.0
In [153]: df_missing = df.replace(0, np.nan)
In [154]: df_missing
Out[154]: 
 0    1    2
0  1.0  NaN  NaN
1  NaN  1.0  NaN
2  NaN  NaN  1.0
In [155]: df_filled = df_missing.replace(np.nan, 2)
In [156]: df_filled
Out[156]: 
 0    1    2
0  1.0  2.0  2.0
1  2.0  1.0  2.0
2  2.0  2.0  1.0

通过传递列表可以替换多个值。

In [157]: df_filled.replace([1, 44], [2, 28])
Out[157]: 
 0    1    2
0  2.0  2.0  2.0
1  2.0  2.0  2.0
2  2.0  2.0  2.0

使用映射字典进行替换。

In [158]: df_filled.replace({1: 44, 2: 28})
Out[158]: 
 0     1     2
0  44.0  28.0  28.0
1  28.0  44.0  28.0
2  28.0  28.0  44.0
正则表达式替换

注意

使用以 r 字符为前缀的 Python 字符串，例如 r'hello world' 是“原始”字符串。它们在反斜杠方面具有不同的语义，与没有此前缀的字符串不同。原始字符串中的反斜杠将被解释为转义的反斜杠，例如，r'\' == '\\'。

用 NaN 替换‘.’

In [159]: d = {"a": list(range(4)), "b": list("ab.."), "c": ["a", "b", np.nan, "d"]}
In [160]: df = pd.DataFrame(d)
In [161]: df.replace(".", np.nan)
Out[161]: 
 a    b    c
0  0    a    a
1  1    b    b
2  2  NaN  NaN
3  3  NaN    d

用删除周围空格的正则表达式将‘.’ 替换为 NaN

In [162]: df.replace(r"\s*\.\s*", np.nan, regex=True)
Out[162]: 
 a    b    c
0  0    a    a
1  1    b    b
2  2  NaN  NaN
3  3  NaN    d

用正则表达式列表替换。

In [163]: df.replace([r"\.", r"(a)"], ["dot", r"\1stuff"], regex=True)
Out[163]: 
 a       b       c
0  0  astuff  astuff
1  1       b       b
2  2     dot     NaN
3  3     dot       d

用映射字典中的正则表达式替换。

In [164]: df.replace({"b": r"\s*\.\s*"}, {"b": np.nan}, regex=True)
Out[164]: 
 a    b    c
0  0    a    a
1  1    b    b
2  2  NaN  NaN
3  3  NaN    d

传递使用 regex 关键字的正则表达式嵌套字典。

In [165]: df.replace({"b": {"b": r""}}, regex=True)
Out[165]: 
 a  b    c
0  0  a    a
1  1       b
2  2  .  NaN
3  3  .    d
In [166]: df.replace(regex={"b": {r"\s*\.\s*": np.nan}})
Out[166]: 
 a    b    c
0  0    a    a
1  1    b    b
2  2  NaN  NaN
3  3  NaN    d
In [167]: df.replace({"b": r"\s*(\.)\s*"}, {"b": r"\1ty"}, regex=True)
Out[167]: 
 a    b    c
0  0    a    a
1  1    b    b
2  2  .ty  NaN
3  3  .ty    d

传递一组正则表达式，将匹配项替换为标量。

In [168]: df.replace([r"\s*\.\s*", r"a|b"], "placeholder", regex=True)
Out[168]: 
 a            b            c
0  0  placeholder  placeholder
1  1  placeholder  placeholder
2  2  placeholder          NaN
3  3  placeholder            d

所有正则表达式示例也可以作为 to_replace 参数传递给 regex 参数。在这种情况下，必须通过名称显式传递 value 参数或 regex 必须是一个嵌套字典。

In [169]: df.replace(regex=[r"\s*\.\s*", r"a|b"], value="placeholder")
Out[169]: 
 a            b            c
0  0  placeholder  placeholder
1  1  placeholder  placeholder
2  2  placeholder          NaN
3  3  placeholder            d

注意

也可以传递由 re.compile 创建的正则表达式对象作为有效输入。### 按值填充

fillna() 用非 NA 数据替换 NA 值。

���标量值替换 NA 值

In [89]: data = {"np": [1.0, np.nan, np.nan, 2], "arrow": pd.array([1.0, pd.NA, pd.NA, 2], dtype="float64[pyarrow]")}
In [90]: df = pd.DataFrame(data)
In [91]: df
Out[91]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  NaN   <NA>
2  NaN   <NA>
3  2.0    2.0
In [92]: df.fillna(0)
Out[92]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  0.0    0.0
2  0.0    0.0
3  2.0    2.0

向前或向后填充间隙

In [93]: df.ffill()
Out[93]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  1.0    1.0
2  1.0    1.0
3  2.0    2.0
In [94]: df.bfill()
Out[94]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  2.0    2.0
2  2.0    2.0
3  2.0    2.0

限制填充的 NA 值数量

In [95]: df.ffill(limit=1)
Out[95]: 
 np  arrow
0  1.0    1.0
1  1.0    1.0
2  NaN   <NA>
3  2.0    2.0

可以用 Series 或 DataFrame 中对应值替换 NA 值，其中原始对象和填充对象之间的索引和列对齐。

In [96]: dff = pd.DataFrame(np.arange(30, dtype=np.float64).reshape(10, 3), columns=list("ABC"))
In [97]: dff.iloc[3:5, 0] = np.nan
In [98]: dff.iloc[4:6, 1] = np.nan
In [99]: dff.iloc[5:8, 2] = np.nan
In [100]: dff
Out[100]: 
 A     B     C
0   0.0   1.0   2.0
1   3.0   4.0   5.0
2   6.0   7.0   8.0
3   NaN  10.0  11.0
4   NaN   NaN  14.0
5  15.0   NaN   NaN
6  18.0  19.0   NaN
7  21.0  22.0   NaN
8  24.0  25.0  26.0
9  27.0  28.0  29.0
In [101]: dff.fillna(dff.mean())
Out[101]: 
 A     B          C
0   0.00   1.0   2.000000
1   3.00   4.0   5.000000
2   6.00   7.0   8.000000
3  14.25  10.0  11.000000
4  14.25  14.5  14.000000
5  15.00  14.5  13.571429
6  18.00  19.0  13.571429
7  21.00  22.0  13.571429
8  24.00  25.0  26.000000
9  27.00  28.0  29.000000

注意

DataFrame.where() 也可用于填充 NA 值。结果与上述相同。

In [102]: dff.where(pd.notna(dff), dff.mean(), axis="columns")
Out[102]: 
 A     B          C
0   0.00   1.0   2.000000
1   3.00   4.0   5.000000
2   6.00   7.0   8.000000
3  14.25  10.0  11.000000
4  14.25  14.5  14.000000
5  15.00  14.5  13.571429
6  18.00  19.0  13.571429
7  21.00  22.0  13.571429
8  24.00  25.0  26.000000
9  27.00  28.0  29.000000

Pandas 2.2 中文官方教程和指南（十六）（4）https://developer.aliyun.com/article/1509819

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