Pandas统计分析基础
Pandas（Python Data Analysis Library）是基于NumPy的数据分析模块，它提供了大量标准数据模型和高效操作大型数据集所需的工具，可以说Pandas是使得Python能够成为高效且强大的数据分析环境的重要因素之一。
导入方式：import pandas as pd
Pandas有三种数据结构：Series、DataFrame和Panel。Series类似于一维数组；DataFrame是类似表格的二维数组；Panel可以视为Excel的多表单Shee
一、Pandas中的数据结构
1.Series
Series 是一种一维数组对象，包含了一个值序列，并且包含了数据标签，称为索引（index），可通过索引来访问数组中的数据。
Series的创建：
pd.Series(data=None, index=None, dtype=None, name=None, copy=False, fastpath=False) 通过列表创建Series:
import pandas as pd
obj = pd.Series([1, -2, 3, -4]) #仅有一个数组构成
print(obj) 
创建Series时指定索引:
i = ["a", "c", "d", "a"]
v = [2, 4, 5, 7]
t = pd.Series(v, index = i, name = "col")
print(t) 
尽管创建Series指定了index参数，实际Pandas还是有隐藏的index位置信息的。所以Series有两套描述某条数据的手段：位置和标签.
Series位置和标签的使用:
通过字典创建:
如果数据被存放在一个Python字典中，也可以直接通过这个字典来创建Series。
sdata = {'Ohio': 35000, 'Texas': 71000, 'Oregon': 16000, 'Utah': 5000}
obj3 = pd.Series(sdata)
print(obj3) 
键值和指定的索引不匹配:
sdata = {"a" : 100, "b" : 200, "e" : 300}
letter = ["a", "b","c" , "e" ]
obj = pd.Series(sdata, index = letter)
print(obj) 
不同索引数据的自动对齐:
sdata = {'Ohio': 35000, 'Texas': 71000, 'Oregon': 16000, 'Utah': 5000}
obj1 = pd.Series(sdata)
states = ['California', 'Ohio', 'Oregon', 'Texas']
obj2 = pd.Series(sdata, index = states)
print(obj1+obj2) 
Series索引的修改:
obj = pd.Series([4,7,-3,2])
obj.index = ['Bob', 'Steve', 'Jeff', 'Ryan']
print(obj) 
2.DataFrame
DataFrame是一个表格型的数据结构，它含有一组有序的列，每列可以是不同的值类型（数值、字符串、布尔值等）。
DataFrame既有行索引也有列索引，它可以被看做由Series组成的字典（共用同一个索引）。 DataFrame的创建:
格式：
pd.DataFrame(data=None, index=None, columns=None, dtype=None, copy=False) 创建：
data = {
'name':['张三', '李四', '王五', '小明'],
'sex':['female', 'female', 'male', 'male'],
'year':[2001, 2001, 2003, 2002],
'city':['北京', '上海', '广州', '北京']
}
df = pd.DataFrame(data)
print(df) 
DataFrame的索引：
DataFrame创建时的空缺值：
df2 = pd.DataFrame(data, columns = ['name', 'year', 'sex', 'city','address'])
print(df2) 
DataFrame构造函数的columns函数给出列的名字，index给出label标签。
DataFrame创建时指定列名：
df3 = pd.DataFrame(data, columns = ['name', 'sex', 'year', 'city'], index = ['a', 'b', 'c', 'd'])
print(df3) 
DataFrame的属性：
3.索引对象
Pandas的索引对象负责管理轴标签和其他元数据（比如轴名称等）。构建Series或 DataFrame时，所用到的任何数组或其他序列的标签都会被转换成一个Index。
显示DataFrame的索引和列:
print(df)
print(df.index)
print(df.columns) 
每个索引都有一些方法和属性，它们可用于设置逻辑并回答有关该索引所包含的数据的常见问题。Index的常用方法和属性:
4.查看DataFrame的常用属性
DataFrame的基础属性有values、index、columns、dtypes、ndim和shape，分别可以获取DataFrame的元素、索引、列名、类型、维度和形状。
二、Pandas索引操作
1.重新索引
索引对象是无法修改的，因此，重新索引是指对索引重新排序而不是重新命名，如果某个索引值不存在的话，会引入缺失值。
对于重建索引引入的缺失值，可以利用fill_value参数填充。
obj = pd.Series([7.2,-4.3,4.5,3.6],index=list("badc"))
obj
obj.reindex(list("abcde")) 
重建索引时填充缺失值。
缺失值的前向填充:
缺失值的后向填充:
DataFrame数据:
df4 = pd.DataFrame(np.arange(9).reshape(3,3),
index = ['a','c','d'],columns = ['one','two','four'])
print(df4) 
reindex操作:
传入fill_value = n用n代替缺失值。
reindex函数参数:
2.更换索引
如果不希望使用默认的行索引，则可以在创建的时候通过Index参数来设置。
在DataFrame数据中，如果希望将列数据作为索引，则可以通过set_index方法来实现。
重建索引:
三、DataFrame的数据查询与编辑
1.DataFrame数据的查询
在数据分析中，选取需要的数据进行分析处理是最基本操作。在Pandas中需要通过索引完成数据的选取。
选取列:
通过列索引或以属性的方式可以单独获取DataFrame的列数据，返回的数据类型为Series。
选取行:
通过切片形式可以选取一行或多行数据
选取通过DataFrame提供的head和tail方法可以得到多行数据，但是用这两种方法得到的数据都是从开始或者末尾获取连续的数据， 而利用sample可以随机抽取数据并显示。
head（） #默认获取前5行
head（n）#获取前n行
tail（）#默认获取后5行
head（n）#获取后n行
sample（n）#随机抽取n行显示
选取行和列:
DataFrame.loc(行索引名称或条件，列索引名称)
DataFrame.iloc(行索引位置，列索引位置)
利用iloc选取行和列：
布尔选择
可以对DataFrame中的数据进行布尔方式选择 data[data["数据列名"]==20]
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)DataFrame数据的编辑
**增加数据:**
增加列时，只需为要增加的列赋值即可创建一个新的列。
**删除数据:**
删除数据直接用drop方法，通过axis参数确定是删除的是行还是列。默认数据删除不修改原数据，需要在原数据删除行列需要设置参数inplace = True。
删除列：
**修改数据：**
修改数据时直接对选择的数据赋值即可。
需要注意的是，数据修改是直接对DataFrame数据修改，操作无法撤销，因此更改数据时要做好数据备份。
[](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)四、Pandas数据运算
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### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)1.算术运算
Pandas的数据对象在进行算术运算时，如果有相同索引则进行算术运算，如果没有，则会自动进行数据对齐，但会引入缺失值。
**series相加：**
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)2.函数应用和映射
已定义好的函数可以通过以下三种方法应用到数据：
1. map函数：将函数套用到Series的每个元素中；
2. apply函数，将函数套用到DataFrame的行或列上，行与列通过axis参数设置；
3. applymap函数，将函数套用到DataFrame的每个元素上。
将水果价格表中的“元”去掉。
data = {'fruit':['apple','grape','banana'],'price':['30元','43元','28元']} df1 = pd.DataFrame(data) print(df1) def f(x): return x.split('元')[0] df1['price'] = df1['price'].map(f) print('修改后的数据表:\n',df1)
**apply函数的使用方法：**
**applymap函数的用法：**
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)3.排序
sort\_index方法：对索引进行排序，默认为升序，降序排序时加参数 ascending=False。
sort\_values方法：对数值进行排序。by参数设置待排序的列名
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)4.汇总与统计
**数据汇总：**
在DataFrame中，可以通过sum方法对每列进行求和汇总，与Excel中的sum函数类似。如果设置axis = 1指定轴方向，可以实现按行汇总。
**数据描述与统计**
利用describe方法会对每个数值型的列数据进行统计
df2.describe()
**Pandas中常用的描述性统计量**
对于类别型特征的描述性统计，可以使用频数统计表。Pandas库中通过unique方法获取不重复的数组，利用value\_counts方法实现频数统计。
[](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)五、数据分组与聚合
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### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)1.数据分组
**groupby方法**
groupby方法可以根据索引或字段对数据进行分组。
格式为：
DataFrame.groupby(by=None, axis=0, level=None, as_index=True, sort=True, group_keys=True, squeeze=False, **kwargs)
groupby方法的参数及其说明：
**按列名分组**
DataFrame数据的列索引名可以作为分组键，但需要注意的是用于分组的对象必须是DataFrame数据本身，否则搜索不到索引名称会报错。
**按列表或元组分组**
分组键还可以是长度和DataFrame行数相同的列表或元组，相当于将列表或元组看做DataFrame的一列，然后将其分组。
**按字典分组**
如果原始的DataFrame中的分组信息很难确定或不存在，可以通过字典结构，定义分组信息。
**按函数分组**
函数作为分组键的原理类似于字典，通过映射关系进行分组，但是函数更加灵活。
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)2.数据聚合
**聚合函数**
除了之前示例中的mean函数外，常用的聚合运算还有count和sum等。
**聚合运算方法**
**使用agg方法聚合数据**
agg、aggregate方法都支持对每个分组应用某个函数，包括Python内置函数或自定义函数。同时，这两个方法也能够直接对DataFrame进行函数应用操作。
在正常使用过程中，agg和aggregate函数对DataFrame对象操作的功能基本相同，因此只需掌握一个即可。
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)3.分组运算
1. transform方法
通过transform方法可以将运算分布到每一行。
2. 使用apply方法聚合数据
apply方法类似于agg方法，能够将函数应用于每一列。
[](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)六、数据透视表
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### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)1.透视表
数据透视表（Pivot Table）是数据分析中常见的工具之一，根据一个或多个键值对数据进行聚合，根据列或行的分组键将数据划分到各个区域。
pivot_table函数格式： pivot_table(data, values=None, index=None, columns=None, aggfunc='mean', fill_value=None, margins=False, dropna=True, margins_name='All')
**pivot\_table函数主要参数及其说明**
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)2.交叉表
交叉表是一种特殊的透视表，主要用于计算分组频率。
crosstab的格式： crosstab(index, columns, values=None, rownames=None, colnames=None, aggfunc=None, margins=False, dropna=True, normalize=False)
**crosstab主要参数及其说明**
[](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)七、Pandas可视化
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### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)1.线形图
Pandas库中的Series和DataFrame中都有绘制各类图表的plot方法，默认绘制的都是线形图。
通过DataFrame对象的plot方法可以为各列绘制一条线，并创建图例。
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)2.柱状图
在Pandas中绘制柱状图只需在plot函数中加参数kind = ‘bar’，如果类别较多，可以绘制水平柱状图（kind = ‘barh’）。
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)3.直方图和密度图
直方图用于频率分布，y轴为数值或比率。绘制直方图，可以观察数据值的大致分布规律。pandas中的直方图可以通过hist方法绘制。
核密度估计是对真实密度的估计，其过程是将数据的分布近似为一组核（如正态分布）。通过plot函数的kind = ‘kde’可以进行绘制。
### [](https://blog.csdn.net/sjjsaaaa/article/details/109604951)4.散点图
通过plot函数的kind = 'scatter’可以进行绘制。
