文章目录

一、重复值检测
二、元素替换
- 1️⃣ 元素替换replace
- 2️⃣ 数据映射map
三、修改索引
- 1️⃣ 修改索引名rename
- 2️⃣ 设置索引和重置索引
四、数据处理
- 1️⃣ apply与applymap
- 2️⃣ transform
五、异常值处理
六、抽样聚合函数
- 1️⃣ 抽样
- 2️⃣ 数学函数
七、分组聚合
🎁 文末福利

本文介绍在数据分析中如何使用 pandas 进行数据清洗，是 pandas 学习阶段的 重点，没有之一。

一、重复值检测

pandas中用于重复值检测的是 duplicated() 函数，可以用于检测行或列是否前后重复，返回值是 bool 类型。True 表示重复，False 表示不重复。

函数参数：

keep：默认情况下 keep = first ，表示第一行不重复，后面的行参照第一行，取值还有 last（认为最后一行不重复），False（标记所有重复行）。
subset：只检测某些列是否重复，值是一个列表。

首先导入必要的包，并定义一个用于构建 dataframe 对象的函数：

import numpy as np
import pandas as pd

# 定义生成 dataframe 对象的函数
def make_df(indexs,columns):
    data = [[str(j)+str(i) for j in columns] for i in indexs]
    df = pd.DataFrame(data=data,index=indexs,columns=columns)
    return df
df = make_df(list('123'),list('ABC'))
df

下面演示 duplicated() 函数以及参数的使用：

# 让第一行和第二行一样
df.loc['1'] = df.loc['2']
df

df.duplicated()

等价写法：

df.duplicated(keep='first')

以最后一行为不重复参照：

df.duplicated(keep='last')

标记所有重复行：

df.duplicated(keep=False)

只检查 B、C 列：

df.duplicated(subset=['B','C'])

二、元素替换

1️⃣ 元素替换replace

replace 函数用于替换单个的元素。

首先构建 dataframe 对象：（本文后面用到的 dataframe 对象都是这个，只是数据是随机产生的，和我的肯定不同，但是不重要）

index = ['张三','张三丰','李白','杜甫']
columns = ['Python','Java','H5','UI']
data = np.random.randint(0,100,(4,4))
df = pd.DataFrame(data=data,index=index,columns=columns)
df

将1、11分别改为60，61：

df.replace({1:60,11:61})

2️⃣ 数据映射map

map 一般用于 Series 结构，不能用于 dataframe ，因此，我们在使用 map 来处理 dataframe 对象时，应该取一个 Series （列）。

如果对 dataframe 对象使用 map 函数（不是下面的第一种情况）：

df.map(lambda x:'及格' if x >= 60 else '不及格')

如果对 Series 对象使用 map 函数（下面的2、3种情况）：

df['Python'].map(lambda x:'及格' if x >= 60 else '不及格')

1.直接使用 map

现在将上面的4、18分别改为44，81：

df.map({4:44,18:81})

2.使用 lambda 表达式

现在使用 lambda 表达式筛选 Python 成绩，分为及格和不及格。

df['Python'].map(lambda x:'及格' if x >= 60 else '不及格')

3.使用普通函数

使用普通函数，即为 map 函数传递一个函数名：

# 使用普通函数
def fn(x):
    if x >= 60:
        return '及格'
    return '不及格'
df['UI'].map(fn)

三、修改索引

1️⃣ 修改索引名rename

使用 pd.rename() 函数可以修改索引，默认是修改行索引，传递字典。

使用 rename 函数修改行索引：

df.rename({'张三':'ZhangSan'})

如果要修改列索引，要使用 axis = 1 指定：

df.rename({'Python':'派森'},axis=1)

或者使用 columns 参数：

df.rename(columns={'Java':'爪哇'})

结果如下：

修改行索引还是修改列索引，可以通过 axis 控制，也可以使用 index 、 columns 参数控制。

2️⃣ 设置索引和重置索引

pandas中 set_index() 函数用于将 keys 参数中指定的列索引变为行索引。

接下来使用 set_index() 修改列索引 Python 为行索引：

df.set_index(keys=['Python'])

函数参数：

keys：列表类型，用于指定要更改的列。
drop：bool 类型，默认为True，表示列改为行索引后，删除原来的列。
append：bool 列行，默认为False，表示不追加，删除原来的行索引。

重置行索引使用 reset_index 函数，重置列索引使用的是 df.columns 重新赋值。

分别重置行索引和列索引：

df.columns = ['1','2','3','4'] 
df

四、数据处理

apply、applymap、transform 都是用于数据处理的函数，其中 applymap 只适用于处理 dataframe ，apply 和 transform 适用于处理 Series 和 DataFrame 。

1️⃣ apply与applymap

apply 应用于Series：

df['Python'].apply(lambda x: True if x > 60 else False)

apply 应用于DataFrame（求每一列的平均值）：

df.apply(lambda x:x.mean())

也可以传递一个函数，并控制计算行或列：

def fn(x):
    return (x.mean(),x.count())
df.apply(fn,axis=1)

applymap 处理 dataframe ：

# 处理Series报错
df['Python'].applymap(lambda x:x*10)

# 处理dataframe不报错
df.applymap(lambda x:x*10)

2️⃣ transform

transform 处理 Series（计算Python列的平方根）：

df['Python'].transform(np.sort)

transform 处理 DataFrame（平均值大于6就除以6）：

def fn(x):
    if x.mean() > 6:
        return x / 6
    return x
df.transform(fn)

五、异常值处理

这部分的内容，主要介绍8个常用函数的用法，为了防止图片过多，部分实际运行结果已省略。

describe()

describe函数用于查看 dataframe 对象的列数，平均值，标准差，最小值、最大值、平均值等。

# 构建dataframe对象
data = np.random.randint(0,10,(5,3))
df = pd.DataFrame(columns=['NumPy','Pandas','Pytorch'],data=data)
df

df.describe()

查看更细致的百分位数，并且转置：

df.describe([0.01,0.33,0.99]).T

info()、std()

info 函数用于查看数据类型、行列索引、每一列数据非空情况、类型、内存使用情况等。
std() 函数用于求每一列的标准差。

df.info()
df.std()

drop()

drop 函数用于删除索引。可以通过 axis 或者 index / columns 控制删除行索引还是列索引。

df2.drop(0) # 默认删除行
df2.drop(index=0) # 等价写法
df2.drop('NumPy',axis=1) # 删除列
df2.drop(columns='NumPy') # 等价写法
df2.drop(columns=['NumPy','Pandas']) # 删除多列
df2.drop(columns='NumPy',inplace=True) # 修改原数据

unique()

unique 函数用于去重，只能应用于 Series 对象，不能用于 DataFrame 对象。

df['Pytorch'].unique()

query()

query 函数用于查询特定的行。

df.query('Pandas == 6') # 查询pandas = 6的行
df.query('Pytorch > 2') # 查询Pytorch > 2的行
df.query('Pandas == 6 and Pytorch > 2' ) # 使用 and 符
n = 3
df.query('Pytorch > @n') # 使用变量

sort_values()

sort_values 函数作用是根据值对行或列进行排序。

df.sort_values('Pandas') # 默认列排序
df.sort_values('Pandas',ascending=False) # 降序
df.sort_values(0,axis=1) # 行排序

sort_index()

sort_index 函数用于对索引排序，数字按大小，非数字按 ASCII 码。

df.sort_index() # 默认对行索引排序（axis = 0），并且是升序（ascending = True）
df.sort_index(ascending=False) # 降序
df.sort_index(axis = 1,ascending=False) # 对列索引排序，并且降序

六、抽样聚合函数

1️⃣ 抽样

pandas 中有两种抽样，分别是有放回抽样（可能重复）和无放回抽样（不会重复），使用 take 函数抽取，下面使用代码表示。

首先查看 dataframe 对象：

无放回抽样

df.take([0,2,3,1,4]) # 交换行

运行结果分别是：

df.take([0,2,1],axis=1) # 交换列

df.take(np.random.permutation([0,1,2,3,4])) # 随机交换

有放回抽样

df.take(np.random.randint(0,4,size=5))

2️⃣ 数学函数

这里罗列出了一些常用的数学函数，不再以代码演示。

函数名	功能
count	非空值数量
max / min	最大 / 小值
median / mean	中位数 / 平均数
sum	和
value_counts	元素出现次数
cumsum	累加
cumprod	累乘
std	标准差
var	方差
cov	协方差
corr	相关系数

七、分组聚合

分组操作通过 groupby() 方法实现，得到的是一个 DataFrameGroupBy 对象，该对象与 DataFrame 类似，操作和 DataFrame 一样即可。

下面结合例题讲解 groupby 方法。

有如下 dataframe 对象：

df = pd.DataFrame(
    data={
        'item':['萝卜','白菜','辣椒','冬瓜','白菜','辣椒','萝卜','萝卜'],
        'color':['白色','青色','红色','白色','白色','青色','红色','青色'],
        'weight':[1,0,3,4,5,2,12,3],
        'price':[0.99,1.5,2,5,4,2,9,2]
    }
)
df

1.求出颜色为白色的价格总和

# 要得到颜色为白色的所有行，首先要按照颜色进行分组，通过 by 参数指定
df.groupby(by='color')
# 接下来取出价格列（Series类型）
df.groupby(by='color')['price']
# 进行求和
df.groupby(by='color')['price'].sum()
# 最后取出白色
df.groupby(by='color')['price'].sum()['白色']

2.分别求出萝卜的总重量和平均价格

# （1）
# 首先按照item分类
df.groupby('item')
# 然后取出重量
df.groupby('item')['weight']
# 求和
df.groupby('item')['weight'].sum()
# 再取出萝卜
df.groupby('item')['weight'].sum()['萝卜']
#（2）
# 类似的，得到平均价格
df.groupby('item')['price'].mean()['萝卜']

3.使用 merge 合并总重量和平均价格

因为上述取出 weight 和 price 后是 Series 对象，我们要稍作改变为 DataFrame 对象，才能使用 merge 进行合并。

df1 = df.groupby('item')[['weight']].sum()
df2 = df.groupby('item')[['price']].mean()
display(df1,df2)

# 因为两个 df 对象没有相同列，合并时要使用 left / right_index
df1.merge(df2,left_index=True,right_index=True)

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