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使用pandas进行数据处理之Series篇

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在python中,今天我们开始介绍一个新的常用的计算工具库,它就是大名鼎鼎的Pandas。

Pandas的全称是Python Data Analysis Library,是一种基于Numpy的科学计算工具。它的特点就是可以像是操作数据库当中的表一样操作结构化的数据,所以它支持许多复杂和高级的操作,可以认为是Numpy的加强版。它可以很方便地从一个csv或者是excel表格当中构建出完整的数据,并支持许多表级别的批量数据计算接口。

安装使用

和几乎所有的Python包一样,pandas也可以通过pip进行安装。如果你装过Anaconda套件的话,那么像是numpy、pandas等库已经自动安装好了,如果没有安装过也没有关系,我们使用一行命令即可完成安装。

pip install pandas复制代码

和Numpy一样,我们在使用pandas的时候通常也会给它起一个别名,pandas的别名是pd。所以使用pandas的惯例都是:

import pandas as pd复制代码

如果你运行这一行没有报错的话,那么说明你的pandas已经安装好了。一般和pandas经常一起使用的还有另外两个包,其中一个也是科学计算包叫做Scipy,另外一个是对数据进行可视化作图的工具包,叫做Matplotlib。我们也可以使用pip将这两个包一起安装了,在之后的文章当中,用到这两个包的时候,也会简单介绍一下它们的用法。

pip install scipy matplotlib复制代码
Series 索引

在pandas当中我们最常用的数据结构有两个,一个是Series另外一个是DataFrame。其中series是一维数据结构,可以简单理解成一维数组或者是一维向量。而DataFrame自然就是二维数据结构了,可以理解成表或者是二维数组。

我们先来看看Series,Series当中存储的数据主要有两个,一个是一组数据构成的数组,另外一个是这组数据的索引或者是标签。我们简单创建一个Series打印出来看一下就明白了。

这里我们随意创建了一个包含四个元素的Series,然后将它打印了出来。可以看到打印的数据一共有两列,第二列是我们刚才创建的时候输入的数据,第一列就是它的索引。由于我们创建的时候没有特意指定索引,所以pandas会自动为我们创建行号索引,我们可以通过Series类型当中的values和index属性查看到Series当中存储的数据和索引:

这里输出的values是一个Numpy的数组,这并不奇怪,因为我们前面说了,pandas是一个基于Numpy开发的科学计算库,Numpy是它的底层。从打印出来的index的信息当中,我们可以看到这是一个Range类型的索引,它的范围以及步长。

索引是Series构建函数当中的一个默认参数,如果我们不填,它默认会为我们生成一个Range索引,其实也就是数据的行号。我们也可以自己指定数据的索引,比如我们在刚才的代码当中加入index这个参数,我们就可以自己指定索引了。

当我们指定了字符类型的索引之后,index返回的结果就不再是RangeIndex而是Index了。说明pandas内部对数值型索引和字符型索引是做了区分的。

有了索引,自然是用来查找元素用的。我们可以直接将索引当做是数组的下标使用,两者的效果是一样的。不仅如此,索引数组也是可以接受的,我们可以直接查询若干个索引的值。

另外在创建Series的时候,重复的索引也是允许的。同样当我们使用索引查询的时候也会得到多个结果。

不仅如此,像是Numpy那样的bool型索引也依然是支持的:

Series计算

Series支持许多类型的计算,我们可以直接使用加减乘除操作对整个Series进行运算:

也可以使用Numpy当中的运算函数来进行一些复杂的数学运算,但是这样计算得到的结果会是一个Numpy的array。

因为Series当中有索引,所以我们也可以使用dict的方式判断索引是否在Series当中:

Series有索引也有值,其实和dict的存储结构是一样的,所以Seires也支持通过一个dict来初始化:

通过这种方式创建出来的顺序就是dict当中key存储的顺序,我们可以在创建的时候指定index,这样就可以控制它的顺序了。

我们在指定index的时候额外传入了一个没有在dict当中出现过的key,由于在dict当中找不到对应的值,Series会将它记成NAN(Not a number)。可以理解成是非法值或者是空值,在我们处理特征或者是训练数据的时候,经常会遇到存在一些条目的数据的某个特征空缺的情况,我们可以通过pandas当中isnull和notnull函数检查空缺的情况。

当然Series当中也有isnull的函数,我们也可以调用。

最后,Series当中的index也是可以修改的, 我们可以直接给它赋上新值:

总结

从核心本质上来说,pandas当中的Series就是在Numpy一维数组上做的一层封装,加上了索引等一些相关的功能。所以我们可以想见DataFrame其实就是一个Series的数组的封装,加上了更多数据处理相关的功能。我们把核心结构把握住了,再来理解整个pandas的功能要比我们一个一个死记这些api有用得多。

pandas是Python数据处理的一大利器,作为一个合格的算法工程师几乎是必会的内容,也是我们使用Python进行机器学习以及深度学习的基础。根据调查资料显示,算法工程师日常的工作有70%的份额投入在了数据处理当中,真正用来实现模型、训练模型的只有30%不到。因此可见数据处理的重要性,想要在行业当中有所发展,绝不仅仅是学会模型就足够的。

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