Pandas数据分析实战（Pandas in action）第2章 Series 对象

Pandas 数据分析实战

第 2 章 Series

Series 是 Pandas 的核心数据结构之一，是一个用于同构数据的一维标记数组。Series 可以设置索引，没有设置的话，Pandas 会设置默认的索引，从 0 开始的线性索引。

  • 创建一个 Series 对象

    import pandas as pd
pd.Series()

    Series([], dtype: object)

  • 用值填充 Series 对象，传入的数据可以是列表、字典、元组和 Numpy 的 ndarray

    ice_cream_flavors =[
        'Chocolate',
        'Vanilla',
        'Strawberry',
        'Rum Raisin'
]
print(pd.Series(ice_cream_flavors))

    0     Chocolate
1       Vanilla
2    Strawberry
3    Rum Raisin
dtype: object

  • Series 构造方法参数

    data: 数据，可不传。index 索引，可不传。

    pandas.core.series.Series def __init__(self,
             data: Any = None,
             index: Any = None,
             dtype: ExtensionDtype | str | dtype | Type[str] | Type[complex] | Type[bool] | Type[object] | None = None,
             name: Any = None,
             copy: bool | None = None,
             fastpath: bool = False) -> None

  • 自定义 Series 索引

    Series 索引，除了索引位置，还可以为每个 Series 值分配一个索引标签。索引标签可以是任何不可变的数据类型：字符串、元组、日期时间等。

    Series 构造函数的第二个形参 index 用来设置 Series 的索引标签。如果不设定这个形参，则 Pandas 默认使用从 0 开始的数字作为索引

    ice_cream_flavors = [
        'Chocolate',
        'Vanilla',
        'Strawberry',
        'Rum Raisin'
]
days_of_week = ('Monday', 'Wednesday', 'Friday', 'Saturday')
print(pd.Series(ice_cream_flavors, days_of_week))
print(pd.Series(data=ice_cream_flavors, index=days_of_week))

    Monday        Chocolate
Wednesday       Vanilla
Friday       Strawberry
Saturday     Rum Raisin
dtype: object

    Pandas 允许索引重复，但最好避免重复。

    使用关键字实参，可以允许以任何顺序传递形参。位置实参，要求按照构造函数期望的顺序给出实参。

    对于布尔值、浮点数、整型， Pandas 可以显示类型，对于字符串和更复杂的对象，Pandas 将显示 dtype:object

    bunch_of_bools = [True,False,False]
print(pd.Series(bunch_of_bools))

    0     True
1    False
2    False
dtype: bool

    stock_prices = [985.32,950.44]
print(pd.Series(stock_prices))

    0    985.32
1    950.44
dtype: float64

    lucky_number = [4,8,15,16,23,42]
print(pd.Series(lucky_number))

    0     4
1     8
2    15
3    16
4    23
5    42
dtype: int64

    Pandas 会尽力从 data 形参的值判断出适合 Series 的数据类型，通过构造函数的 dtype 形参强制将数据转换为不同的类型

    lucky_number = [4,8,15,16,23,42]
print(pd.Series(lucky_number, dtype="float"))

    0     4.0
1     8.0
2    15.0
3    16.0
4    23.0
5    42.0
dtype: float64

  • 创建有缺失值的 Series

    temperatures = [94,88,np.nan, 91]
print(pd.Series(temperatures))

    0    94.0
1    88.0
2     NaN
3    91.0
dtype: float64

    Series dtype 为 float64， 当 Pandas 发现一个 nan 值时，会自动将数值从整数转换为浮点数， Pandas 允许将数值和缺失值储存在同一个同构 Series 中

  • 字典创建 Series

    calorie_info = {
        'Cereal': 125,
        'Choolate Bar': 406,
        'Ice Cream Sundae': 342
}
print(pd.Series(calorie_info))

    Cereal              125
Choolate Bar        406
Ice Cream Sundae    342
dtype: int64

  • 元组创建 Series

    tep = ('Red','Green','Blue')
print(pd.Series(tep))

    0      Red
1    Green
2     Blue
dtype: object

  • 存储元组 Series

    rgb_color = [(120,41,26),(196,165,45)]
print(pd.Series(rgb_color))

    0     (120, 41, 26)
1    (196, 165, 45)
dtype: object

  • 集合创建 Series

    集合是无序数据结构，可以用一对{}来声明，类似字典，但是创建 Series 的时候，会报错：TypeError 异常。集合既没有顺序的概念（如列表），也没有关联的概念（如字典）

    my_set = {'Ricky', 'Bobby'}
print(pd.Series(my_set))

    TypeError: 'set' type is unordered

    如果涉及到集合，将其转换为有序数据结构

    my_set = {'Ricky', 'Bobby'}
print(pd.Series(list(my_set)))

    0    Ricky
1    Bobby
dtype: object

  • Numpy 数组创建 Series

    import numpy as np
random_randint = np.random.randint(0, 101, 10)

    [65 72 65 64 38  4  6 18 43 50]

    random_randint = np.random.randint(0, 101, 10)
print(pd.Series(random_randint))

    0    65
1    72
2    65
3    64
4    38
5     4
6     6
7    18
8    43
9    50
dtype: int32

  • Series 属性

    • values

      Series 的值使用 NumPy 库的 ndarray 对象来存储

      calorie_info = {
        'Cereal': 125,
        'Choolate Bar': 406,
        'Ice Cream Sundae': 342
}
series = pd.Series(calorie_info)
print(series.values)
print(type(series.values))

      [125 406 342]
<class 'numpy.ndarray'>

    • index

      Series 的索引使用的 Pandas 中内置的 Index 索引对象

      calorie_info = {
        'Cereal': 125,
        'Choolate Bar': 406,
        'Ice Cream Sundae': 342
}
series = pd.Series(calorie_info)
print(series.index)
print(type(series.index))

      Index(['Cereal', 'Choolate Bar', 'Ice Cream Sundae'], dtype='object')
<class 'pandas.core.indexes.base.Index'>

    • dtype

      返回 Series 值的数据类型

      series.dtype

      int64

    • size

      返回 Series 中值的数量

      series.size

      3

    • shape

      返回一个具有 Pandas 数据结构维度的元组。对于一维 Series，元组的唯一值将是 Series 的大小。数字 3 之后的逗号是 Python 中单个元素的元组的标准可视化输出

      series.shape

      (3,)

    • is_unique

      如果所有的 Series 值都是唯一的，则 is_unique 属性返回 True。含有重复项，is_unique 属性返回 False

      series.is_unique

      True

    • is_monotonic_increasing

      每个 Series 值都大于前一个值，则 is_monotonic_increasing 属性返回 True

      pd.Series(data=[1, 3, 6]).is_monotonic_increasing

      True

    • is_monotonic_decreasing
      任何元素都小于前一个元素，is_monotonic_decreasing 属性返回 True

      pd.Series(data=[6, 3, 1]).is_monotonic_decreasing

      True

  • Series 方法

    统计操作

    以 5 为增量生产 0-500 范围内的 100 个值的 Series 对象

    values = range(0, 500, 5)
nums = pd.Series(data=values)

    0       0
1       5
2      10
3      15
4      20
     ...
95    475
96    480
97    485
98    490
99    495
Length: 100, dtype: int64

    • head()

      从数据集的开头返回行，默认 5 行。可以传参，比如 head(3) ，表示获取前 3 行

      nums.head()

      0     0
1     5
2    10
3    15
4    20
dtype: int64

    • tail()

      从数据集的末尾返回行，默认 5 行。可以传参，比如 tail(6)，表示获取末尾 6 行

      nums.tail()

      95    475
96    480
97    485
98    490
99    495
dtype: int64

    • 通过一个升序的数字列表创建一个 Series，在中间插入一个 np.nan 值。由于值中有 nan 值， Pandas 就会将整数强制转换为浮点值

      numbers = pd.Series([1, 2, 3, np.nan, 4, 5])
print(numbers)

      0    1.0
1    2.0
2    3.0
3    NaN
4    4.0
5    5.0
dtype: float64

    • count()

      统计非空值的个数

      numbers.count()

      5

    • sum()

      将 Series 的值相加

      numbers.sum()

      15.0

    • sum(skipna = False)

      skipna 参数传递 False 强制包含缺失的值

      numbers.sum(skipna=False)

      nan

    • sum(min_count = 3)

      min_count 参数设置有效值的最小数量，只有当 Series 至少包含这么多有效值的时候，Pandas 才会计算它的和

      numbers.sum(min_count=3)

      15.0

    • product()

      将所有 Series 值相乘

      numbers.product()

      120.0

    • product(skipna = False)

      skipna 设置为 False ，不忽略 nan 的值

      numbers.product(skipna=False)

      nan

    • product(min_count = 3)

      min_count 参数设置有效值的最小数量，只有当 Series 至少包含这么多有效值的时候，Pandas 才会相乘

      numbers.product(min_count=3)

      120.0

    • cumsum()

      累计和，返回一个带有滚动总和的新 Series 。每个索引位置都保存截止当前索引位置的值的总和（含当前位置值）。累计和有助于确定哪些值对总和的贡献最大

      numbers.cumsum()

      0     1.0
1     3.0
2     6.0
3     NaN
4    10.0
5    15.0
dtype: float64

    • cumsum(skipna = False)

      skipna 不忽略 nan 的值

      numbers.cumsum(skipna=False)

      0    1.0
1    3.0
2    6.0
3    NaN
4    NaN
5    NaN
dtype: float64

    • pct_change()

      百分比变化，返回从一个 Series 值到下一个 Series 值的百分比差异。在每个索引处，Pandas 将当前索引对应值与上一个索引对应值的差值，除以上一个索引对应值。只有当两个索引都具有有效值时，Pandas 才能计算百分比差异。pct_change 方法默认为缺失值，使用前向填充的策略。使用这个策略， Pandas 用它遇到的最后一个有效值替换一个 nan

      numbers.pct_change()

      0         NaN
1    1.000000
2    0.500000
3    0.000000
4    0.333333
5    0.250000
dtype: float64

      采用默认方式，pad 或者传参 file_method='pad' 之类，提示该参数要过期了，使用 ffile() 的方式选择替换 nan 值的方法

      # file_method 已过期
numbers.pct_change(fill_method='pad')
# 或者
numbers.pct_change(fill_method='ffill')
# 新的代码
numbers.ffill().pct_change()

      # file_method 已过期
numbers.pct_change(fill_method='bfill')
或
numbers.pct_change(fill_method='backfill')
# 新的代码
numbers.bfill().pct_change()

    • mean()

      返回 Series 中值的平均值

      numbers.mean()

      3.0

    • median()

      返回排序后的 Series 值中的中间数。一半的 Series 值将低于中间数，一半的值将高于中间数

      numbers.median()

      3.0

    • std()

      返回标准差，即数据变化的度量

      numbers.std()

      1.5811388300841898

    • max()

      从 Series 中检索最大值

      numbers.max()

      5.0

    • min()

      从 Series 中检索最小值

      numbers.min()

      1.0

    • describe()

      对 Series 对象进行有效的总结。包括计数、平均值和标准差

      numbers.describe()

      count    5.000000
mean     3.000000
std      1.581139
min      1.000000
25%      2.000000
50%      3.000000
75%      4.000000
max      5.000000
dtype: float64

    • sample()

      从 Series 中随机选择各种值。新 Series 和原始 Series 之间的值的顺序可能不同。如果随机选择的值中缺少 nan 值，Pandas 将返回一个 int Series 。如果 nan 包含在返回值中， Pandas 将返回一个 float 类型的 Series

      numbers.sample(3)

      3    NaN
2    3.0
4    4.0
dtype: float64

    • unique()

      返回一个 NumPy ndarray，其中包含 Series 中的唯一值。

      authors = pd.Series(['Hemingway', 'Orwell', 'Dostoevsky', 'Fitzgerald', 'Orwell'])
authors.unique()

      ['Hemingway' 'Orwell' 'Dostoevsky' 'Fitzgerald']

    • nunique()

      返回 Series 中唯一值的数量

      authors.nunique()

      4

  • Series 算术操作

    先创建一个有缺失值的整数型 Series

    s1 = pd.Series(data = [5,np.nan,15],index=['A','B','C'])

    A     5.0
B     NaN
C    15.0
dtype: float64

    • add()

      加法

      s1+3
# 或者
s1.add(3)

      A     8.0
B     NaN
C    18.0
dtype: float64

    • sub()

      减法

      s1-5
# 或者
s1.sub(5)
# 或者
s1.subtract(5)

      A     0.0
B     NaN
C    10.0
dtype: float64

    • mul()

      乘法

      s1 * 2
# 或者
s1.mul(2)
# 或者
s1.multiply(2)

      A    10.0
B     NaN
C    30.0
dtype: float64

    • div()

      除法

      s1 / 2
# 或者
s1.div(2)
# 或者
s1.divide(2)

      A    2.5
B    NaN
C    7.5
dtype: float64

    • floordiv()

      除法，并删除结果中小数点后的所有数字

      s1 // 4
# 或者
s1.floordiv(4)

      A    1.0
B    NaN
C    3.0
dtype: float64

    • mod()

      模运算

      s1 % 3

      A    2.0
B    NaN
C    0.0
dtype: float64

  • Series 广播

    Pandas 把 Series 的值存储在 NumPy 的 ndarray 中，使用 s1 +3 或 s1-5 这样的语法时，Pandas 会将数学计算委托给 NumPy。

    NumPy 文档使用术语广播来描述一个数组向另一个数组的派生。s1 +3 的语法意味着对 Series 中的每个值应用相同的操作（加 3）。

    索引标签相同时，Pandas 通过相同的索引标签对 Series 进行对齐。

    索引标签不相同时，不相同的索引标签返回 NaN 值。

  • Series 传递给 Python 的内置函数

    创建一个美国城市的小型 Series

    cities = pd.Series(
        data=['San Francisco', 'Los Angeles', 'Las Veges', np.nan]
)

    • len()

      len(cities)

      4

    • type()

      type(cities)

      <class 'pandas.core.series.Series'>

    • dir()

      dir(cities)

    • list()

      list(cities)

      ['San Francisco', 'Los Angeles', 'Las Veges', nan]

    • dict()

      dict(cities)

      {0: 'San Francisco', 1: 'Los Angeles', 2: 'Las Veges', 3: nan}

    • in

      'Las Vegas' in cities

      False

      2 in cities

      True

      'Las Vegas' in cities.values

      True

    • not in

      100 not in cities

      True

      'Paris' not in cities.values

      True

  • 代码挑战

    假设有两个数据结构

    superheroes = [
        'Batman',
        'Superman',
        'Spider-Man',
        'Iron Man',
        'Captain America',
        'Wonder Woman']
strength_levels = (100, 120, 90, 95, 110, 120)

    要解决的问题如下：

    1. 使用 superheroes 列表填充一个新的 Series 对象

      pd.Series(superheroes)

      0             Batman
1           Superman
2         Spider-Man
3           Iron Man
4    Captain America
5       Wonder Woman
dtype: object

    2. 使用 strength_levels 元组填充一个新的 Series 对象

      pd.Series(strength_levels)

      0    100
1    120
2     90
3     95
4    110
5    120
dtype: int64

    3. 创建一个 Series ，将 superheroes 作为索引标签， strength_levels 作为值，并将 Series赋值给 heroes 变量

      heroes = pd.Series(data=strength_levels, index=superheroes)

      Batman             100
Superman           120
Spider-Man          90
Iron Man            95
Captain America    110
Wonder Woman       120
dtype: int64

    4. 提取 heroes Series 的前两行

      heroes.head(2)

      Batman      100
Superman    120
dtype: int64

    5. 提取 heroes Series 的后四行

      heroes.tail(4)

      Spider-Man          90
Iron Man            95
Captain America    110
Wonder Woman       120
dtype: int64

    6. 确定 heroes Series 中唯一值的数量

      heroes.nunique()

      5

    7. 计算 superheroes 中的平均 strength

      heroes.mean()

      105.83333333333333

    8. 计算 superheroes 的最大和最小 strength

      heroes.max()
heroes.min()

      120
90

    9. 如何让每个 superheroes 的 strength 翻倍

      heroes * 2

      Batman             200
Superman           240
Spider-Man         180
Iron Man           190
Captain America    220
Wonder Woman       240
dtype: int64

    10. 如何将 heroes Series 转换为 Python 字典

      dict(heroes)

      {'Batman': 100, 'Superman': 120, 'Spider-Man': 90, 'Iron Man': 95, 'Captain America': 110, 'Wonder Woman': 120}
posted @ 2023-12-17 21:31  熠然  阅读(102)  评论(0)  编辑  收藏  举报