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python学习——pandas层次化索引

系统 1764 0

pandas层次化索引

 

1. 创建多层行索引

 

1) 隐式构造

最常见的方法是给DataFrame构造函数的index参数传递两个或更多的数组

 
  • Series也可以创建多层索引
In [1]: 
                    
                      import 
                      
                        numpy 
                        
                          as 
                          
                            np

                            
                              import 
                              
                                pandas 
                                
                                  as 
                                  
                                    pd 
                                    
                                      from 
                                      
                                        pandas 
                                        
                                          import 
                                          
                                            Series
                                            
                                              ,
                                              
                                                DataFrame
In [3]: 
                    
                      s 
                      
                        = 
                        
                          Series
                          
                            ([
                            
                              1
                              
                                ,
                                
                                  2
                                  
                                    ,
                                    
                                      3
                                      
                                        ,
                                        
                                          4
                                          
                                            ], 
                                            
                                              index 
                                              
                                                =
                                                
                                                  [[
                                                  
                                                    'a'
                                                    
                                                      ,
                                                      
                                                        'a'
                                                        
                                                          ,
                                                          
                                                            'b'
                                                            
                                                              ,
                                                              
                                                                'b'
                                                                
                                                                  ],[
                                                                  
                                                                    '期中'
                                                                    
                                                                      ,
                                                                      
                                                                        '期末'
                                                                        
                                                                          ,
                                                                          
                                                                            '期中'
                                                                            
                                                                              ,
                                                                              
                                                                                '期末'
                                                                                
                                                                                  ]] 
                                                                                  
                                                                                    ) 
                                                                                    
                                                                                      s
Out[3]: 
                    a  期中    1
   期末    2
b  期中    3
   期末    4
dtype: int64
In [5]: 
                    
                      df 
                      
                        = 
                        
                          DataFrame
                          
                            (
                            
                              data 
                              
                                = 
                                
                                  np
                                  
                                    .
                                    
                                      random
                                      
                                        .
                                        
                                          randint
                                          
                                            (
                                            
                                              0
                                              
                                                ,
                                                
                                                  150
                                                  
                                                    ,
                                                    
                                                      size 
                                                      
                                                        = 
                                                        
                                                          (
                                                          
                                                            6
                                                            
                                                              ,
                                                              
                                                                3
                                                                
                                                                  )), 
                                                                  
                                                                    columns 
                                                                    
                                                                      = 
                                                                      
                                                                        [
                                                                        
                                                                          '语文'
                                                                          
                                                                            ,
                                                                            
                                                                              '数学'
                                                                              
                                                                                ,
                                                                                
                                                                                  'python'
                                                                                  
                                                                                    ], 
                                                                                    
                                                                                      index 
                                                                                      
                                                                                        = 
                                                                                        
                                                                                          [[
                                                                                          
                                                                                            'Michael'
                                                                                            
                                                                                              ,
                                                                                              
                                                                                                'Michael'
                                                                                                
                                                                                                  ,
                                                                                                  
                                                                                                    'Lisa'
                                                                                                    
                                                                                                      ,
                                                                                                      
                                                                                                        'Lisa'
                                                                                                        
                                                                                                          ,
                                                                                                          
                                                                                                            'Po'
                                                                                                            
                                                                                                              ,
                                                                                                              
                                                                                                                'Po'
                                                                                                                
                                                                                                                  ],[
                                                                                                                  
                                                                                                                    '期中'
                                                                                                                    
                                                                                                                      ,
                                                                                                                      
                                                                                                                        '期末'
                                                                                                                        
                                                                                                                          ,
                                                                                                                          
                                                                                                                            '期中'
                                                                                                                            
                                                                                                                              ,
                                                                                                                              
                                                                                                                                '期末'
                                                                                                                                
                                                                                                                                  ,
                                                                                                                                  
                                                                                                                                    '期中'
                                                                                                                                    
                                                                                                                                      ,
                                                                                                                                      
                                                                                                                                        '期末'
                                                                                                                                        
                                                                                                                                          ]]) 
                                                                                                                                          
                                                                                                                                            #隐式创建 
                                                                                                                                            
                                                                                                                                              df
Out[5]:
    语文 数学 python
Michael 期中 126 111 14
期末 101 37 145
Lisa 期中 95 138 111
期末 117 60 5
Po 期中 134 131 88
期末 56 85 113
 

2) 显示构造pd.MultiIndex

 
  • 使用数组
In [6]: 
                    
                      df1 
                      
                        = 
                        
                          DataFrame
                          
                            (
                            
                              data 
                              
                                = 
                                
                                  np
                                  
                                    .
                                    
                                      random
                                      
                                        .
                                        
                                          randint
                                          
                                            (
                                            
                                              0
                                              
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                                                                                                                                  '期末'
                                                                                                                                  
                                                                                                                                    ,
                                                                                                                                    
                                                                                                                                      '期中'
                                                                                                                                      
                                                                                                                                        ,
                                                                                                                                        
                                                                                                                                          '期末'
                                                                                                                                          
                                                                                                                                            ,
                                                                                                                                            
                                                                                                                                              '期中'
                                                                                                                                              
                                                                                                                                                ,
                                                                                                                                                
                                                                                                                                                  '期末'
                                                                                                                                                  
                                                                                                                                                    ]])) 
                                                                                                                                                    
                                                                                                                                                      df1
Out[6]:
    Java Html5 Python
张三 期中 120 119 137
期末 101 1 115
李四 期中 66 117 121
期末 127 69 70
Michael 期中 41 25 128
期末 101 7 10
 
  • 使用tuple
In [7]: 
                    
                      df2 
                      
                        = 
                        
                          DataFrame
                          
                            (
                            
                              data 
                              
                                = 
                                
                                  np
                                  
                                    .
                                    
                                      random
                                      
                                        .
                                        
                                          randint
                                          
                                            (
                                            
                                              0
                                              
                                                ,
                                                
                                                  150
                                                  
                                                    ,
                                                    
                                                      size 
                                                      
                                                        = 
                                                        
                                                          (
                                                          
                                                            6
                                                            
                                                              ,
                                                              
                                                                4
                                                                
                                                                  )), 
                                                                  
                                                                    columns 
                                                                    
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                                                                        [
                                                                        
                                                                          "Spring"
                                                                          
                                                                            ,
                                                                            
                                                                              'Summer'
                                                                              
                                                                                ,
                                                                                
                                                                                  'Autumn'
                                                                                  
                                                                                    ,
                                                                                    
                                                                                      'Winter'
                                                                                      
                                                                                        ], 
                                                                                        
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                                                                                                  MultiIndex
                                                                                                  
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                                                                                                        ([(
                                                                                                        
                                                                                                          '张三'
                                                                                                          
                                                                                                            ,
                                                                                                            
                                                                                                              '期中'
                                                                                                              
                                                                                                                ),(
                                                                                                                
                                                                                                                  '张三'
                                                                                                                  
                                                                                                                    ,
                                                                                                                    
                                                                                                                      '期末'
                                                                                                                      
                                                                                                                        ),(
                                                                                                                        
                                                                                                                          '李四'
                                                                                                                          
                                                                                                                            ,
                                                                                                                            
                                                                                                                              '期中'
                                                                                                                              
                                                                                                                                ),(
                                                                                                                                
                                                                                                                                  '李四'
                                                                                                                                  
                                                                                                                                    ,
                                                                                                                                    
                                                                                                                                      '期末'
                                                                                                                                      
                                                                                                                                        ),(
                                                                                                                                        
                                                                                                                                          'Sara'
                                                                                                                                          
                                                                                                                                            ,
                                                                                                                                            
                                                                                                                                              '期中'
                                                                                                                                              
                                                                                                                                                ),(
                                                                                                                                                
                                                                                                                                                  'Sara'
                                                                                                                                                  
                                                                                                                                                    ,
                                                                                                                                                    
                                                                                                                                                      '期末'
                                                                                                                                                      
                                                                                                                                                        )])) 
                                                                                                                                                        
                                                                                                                                                          df2
Out[7]:
    Spring Summer Autumn Winter
张三 期中 143 84 10 74
期末 66 72 71 115
李四 期中 98 126 37 42
期末 90 10 5 90
Sara 期中 104 95 93 28
期末 139 7 143 122
 

  • 使用product

    最简单，推荐使用

In [8]: 
                    
                      df3 
                      
                        = 
                        
                          DataFrame
                          
                            (
                            
                              data 
                              
                                = 
                                
                                  np
                                  
                                    .
                                    
                                      random
                                      
                                        .
                                        
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                                                                                                                                (
                                                                                                                                
                                                                                                                                  'AB'
                                                                                                                                  
                                                                                                                                    )])) 
                                                                                                                                    
                                                                                                                                      df3
Out[8]:
      Spring Summer Autumn Winter
张三 middle A 134 23 5 30
B 6 12 105 47
end A 149 121 50 56
B 17 28 90 89
Sara middle A 110 64 86 20
B 20 28 76 136
end A 39 66 62 78
B 128 147 6 79
Lisa middle A 12 51 10 58
B 126 51 133 146
end A 25 57 107 30
B 19 31 55 120
 

============================================

练习8：

  1. 创建一个DataFrame，表示出张三李四期中期末各科成绩

============================================

 

2. 多层列索引

 

除了行索引index，列索引columns也能用同样的方法创建多层索引

In [16]: 
                    
                      df4 
                      
                        = 
                        
                          DataFrame
                          
                            (
                            
                              data 
                              
                                = 
                                
                                  np
                                  
                                    .
                                    
                                      random
                                      
                                        .
                                        
                                          randint
                                          
                                            (
                                            
                                              0
                                              
                                                ,
                                                
                                                  150
                                                  
                                                    ,
                                                    
                                                      size 
                                                      
                                                        = 
                                                        
                                                          (
                                                          
                                                            4
                                                            
                                                              ,
                                                              
                                                                12
                                                                
                                                                  )), 
                                                                  
                                                                    columns 
                                                                    
                                                                      = 
                                                                      
                                                                        pd
                                                                        
                                                                          .
                                                                          
                                                                            MultiIndex
                                                                            
                                                                              .
                                                                              
                                                                                from_product
                                                                                
                                                                                  ([[
                                                                                  
                                                                                    '张三'
                                                                                    
                                                                                      ,
                                                                                      
                                                                                        'Sara'
                                                                                        
                                                                                          ,
                                                                                          
                                                                                            'Lisa'
                                                                                            
                                                                                              ],[
                                                                                              
                                                                                                'middle'
                                                                                                
                                                                                                  ,
                                                                                                  
                                                                                                    'end'
                                                                                                    
                                                                                                      ],
                                                                                                      
                                                                                                        list
                                                                                                        
                                                                                                          (
                                                                                                          
                                                                                                            'AB'
                                                                                                            
                                                                                                              )]), 
                                                                                                              
                                                                                                                index 
                                                                                                                
                                                                                                                  = 
                                                                                                                  
                                                                                                                    [
                                                                                                                    
                                                                                                                      "Spring"
                                                                                                                      
                                                                                                                        ,
                                                                                                                        
                                                                                                                          'Summer'
                                                                                                                          
                                                                                                                            ,
                                                                                                                            
                                                                                                                              'Autumn'
                                                                                                                              
                                                                                                                                ,
                                                                                                                                
                                                                                                                                  'Winter'
                                                                                                                                  
                                                                                                                                    ]) 
                                                                                                                                    
                                                                                                                                      df4
Out[16]:
  张三 Sara Lisa
  middle end middle end middle end
  A B A B A B A B A B A B
Spring 109 22 35 58 38 134 22 134 50 52 64 87
Summer 140 117 13 3 29 140 125 43 76 78 113 147
Autumn 128 31 146 76 60 40 34 51 111 129 64 142
Winter 111 91 54 12 89 45 127 28 42 58 7 6
 

3. 多层索引对象的索引与切片操作

 

1）Series的操作

 

【重要】对于Series来说，直接中括号[]与使用.loc[]完全一样，因此，推荐使用中括号索引和切片。

 

多层索引进行切片时，有些汉字，或者英文，不识别，运行异常，并不是代码的问题，自身的bug

 

(1) 索引

In [17]: 
                    
                      s
Out[17]: 
                    a  期中    1
   期末    2
b  期中    3
   期末    4
dtype: int64
In [19]: 
                    
                      # 第一个参数，多层索引的第一维，第二个参数，多层索引第二维

                      
                        s
                        
                          [
                          
                            'a'
                            
                              ,
                              
                                '期中'
                                
                                  ]
Out[19]: 
                    1
In [22]: 
                    
                      #['a','期中']作为一个参数

                      
                        s
                        
                          [[
                          
                            'a'
                            
                              ,
                              
                                '期中'
                                
                                  ]]
Out[22]: 
                    a  期中    1
   期末    2
dtype: int64
In [24]: 
                    
                      s
                      
                        [[
                        
                          'a'
                          
                            ,
                            
                              'b'
                              
                                ,
                                
                                  'c'
                                  
                                    ]]
Out[24]: 
                    a  期中    1
   期末    2
b  期中    3
   期末    4
dtype: int64
In [15]: 
                    
                      s
                      
                        .
                        
                          loc
                          
                            [
                            
                              '李四'
                              
                                ,
                                
                                  '期末'
                                  
                                    ]
Out[15]: 
                    109
 

(2) 切片

In [25]: 
                    
                      s
                      
                        [
                        
                          'a'
                          
                            :
                            
                              'b'
                              
                                ]
Out[25]: 
                    a  期中    1
   期末    2
b  期中    3
   期末    4
dtype: int64
In [26]: 
                    
                      s
                      
                        .
                        
                          iloc
                          
                            [
                            
                              0
                              
                                :
                                
                                  3
                                  
                                    ]
Out[26]: 
                    a  期中    1
   期末    2
b  期中    3
dtype: int64
In [31]: 
                    
                      s2 
                      
                        = 
                        
                          Series
                          
                            (
                            
                              data 
                              
                                = 
                                
                                  np
                                  
                                    .
                                    
                                      random
                                      
                                        .
                                        
                                          randint
                                          
                                            (
                                            
                                              0
                                              
                                                ,
                                                
                                                  150
                                                  
                                                    ,
                                                    
                                                      size 
                                                      
                                                        = 
                                                        
                                                          6
                                                          
                                                            ),
                                                            
                                                              index 
                                                              
                                                                = 
                                                                
                                                                  pd
                                                                  
                                                                    .
                                                                    
                                                                      MultiIndex
                                                                      
                                                                        .
                                                                        
                                                                          from_product
                                                                          
                                                                            ([
                                                                            
                                                                              list
                                                                              
                                                                                (
                                                                                
                                                                                  'ABC'
                                                                                  
                                                                                    ),[
                                                                                    
                                                                                      'e'
                                                                                      
                                                                                        ,
                                                                                        
                                                                                          'f'
                                                                                          
                                                                                            ]])) 
                                                                                            
                                                                                              s2
Out[31]: 
                    A  e    136
   f    120
B  e     84
   f     56
C  e    142
   f    101
dtype: int32
In [32]: 
                    
                      s2
                      
                        [
                        
                          'A'
                          
                            :
                            
                              'C'
                              
                                ]
Out[32]: 
                    A  e    136
   f    120
B  e     84
   f     56
C  e    142
   f    101
dtype: int32
In [33]: 
                    
                      s2
                      
                        .
                        
                          loc
                          
                            [
                            
                              'A'
                              
                                :
                                
                                  'B'
                                  
                                    ]
Out[33]: 
                    A  e    136
   f    120
B  e     84
   f     56
dtype: int32
 

2）DataFrame的操作

 

(1) 可以直接使用列名称来进行列索引

 

对于二维索引，如果包含中文，进行切片时，存在报错bug，不是代码问题

In [44]: 
                    
                      df1
                      
                        .
                        
                          index 
                          
                            = 
                            
                              pd
                              
                                .
                                
                                  MultiIndex
                                  
                                    .
                                    
                                      from_product
                                      
                                        ([
                                        
                                          list
                                          
                                            (
                                            
                                              'ABC'
                                              
                                                ),[
                                                
                                                  '期中'
                                                  
                                                    ,
                                                    
                                                      '期末'
                                                      
                                                        ]]) 
                                                        
                                                          df1
Out[44]:
    Java Html5 Python
A 期中 120 119 137
期末 101 1 115
B 期中 66 117 121
期末 127 69 70
C 期中 41 25 128
期末 101 7 10
In [46]: 
                    
                      df1
                      
                        [
                        
                          'A'
                          
                            :
                            
                              'B'
                              
                                ]
Out[46]:
    Java Html5 Python
A 期中 120 119 137
期末 101 1 115
B 期中 66 117 121
期末 127 69 70
In [48]: 
                    
                      df1
                      
                        .
                        
                          iloc
                          
                            [
                            
                              0
                              
                                :
                                
                                  4
                                  
                                    ]
Out[48]:
    Java Html5 Python
A 期中 120 119 137
期末 101 1 115
B 期中 66 117 121
期末 127 69 70
 

(2) 使用行索引需要用loc()等函数

【极其重要】推荐使用loc()函数

 

注意在对行索引的时候，若一级行索引还有多个，对二级行索引会遇到问题！也就是说，无法直接对二级索引进行索引，必须让二级索引变成一级索引后才能对其进行索引！

In [53]: 
                    
                      df2
Out[53]:
    Spring Summer Autumn Winter
张三 期中 143 84 10 74
期末 66 72 71 115
李四 期中 98 126 37 42
期末 90 10 5 90
Sara 期中 104 95 93 28
期末 139 7 143 122
In [54]: 
                    
                      df2
                      
                        .
                        
                          loc
                          
                            [
                            
                              '张三'
                              
                                ,
                                
                                  '期中'
                                  
                                    ]
Out[54]: 
                    Spring    143
Summer     84
Autumn     10
Winter     74
Name: (张三, 期中), dtype: int32
In [55]: 
                    
                      df2
                      
                        .
                        
                          loc
                          
                            [
                            
                              '张三'
                              
                                ]
                                
                                  .
                                  
                                    loc
                                    
                                      [
                                      
                                        '期中'
                                        
                                          ]
Out[55]: 
                    Spring    143
Summer     84
Autumn     10
Winter     74
Name: 期中, dtype: int32
In [57]: 
                    
                      df2
                      
                        .
                        
                          loc
                          
                            [[
                            
                              '张三'
                              
                                ,
                                
                                  '李四'
                                  
                                    ]]
Out[57]:
    Spring Summer Autumn Winter
张三 期中 143 84 10 74
期末 66 72 71 115
李四 期中 98 126 37 42
期末 90 10 5 90
 

============================================

练习9：

  1. 分析比较Series和DataFrame各种索引的方式，熟练掌握.loc()方法

  2. 假设张三再一次在期中考试的时候因为特殊原因放弃英语考试，如何实现？

============================================

 

4. 索引的堆（stack）

 
  • stack()
  • unstack()
 

【小技巧】使用stack()的时候，level等于哪一个，哪一个就消失，出现在行里。

In [58]: 
                    
                      df4
Out[58]:
  张三 Sara Lisa
  middle end middle end middle end
  A B A B A B A B A B A B
Spring 109 22 35 58 38 134 22 134 50 52 64 87
Summer 140 117 13 3 29 140 125 43 76 78 113 147
Autumn 128 31 146 76 60 40 34 51 111 129 64 142
Winter 111 91 54 12 89 45 127 28 42 58 7 6
In [60]: 
                    
                      #stack = 堆--->行

                      
                        #多层索引的列而言0,1,1:从上往下计数

                        
                          df4
                          
                            .
                            
                              stack
                              
                                ()
Out[60]:
    Lisa Sara 张三
    end middle end middle end middle
Spring A 64 50 22 38 35 109
B 87 52 134 134 58 22
Summer A 113 76 125 29 13 140
B 147 78 43 140 3 117
Autumn A 64 111 34 60 146 128
B 142 129 51 40 76 31
Winter A 7 42 127 89 54 111
B 6 58 28 45 12 91
In [61]: 
                    
                      df4
                      
                        .
                        
                          stack
                          
                            (
                            
                              level
                              
                                =
                                
                                  0
                                  
                                    )
Out[61]:
    end middle
    A B A B
Spring Lisa 64 87 50 52
Sara 22 134 38 134
张三 35 58 109 22
Summer Lisa 113 147 76 78
Sara 125 43 29 140
张三 13 3 140 117
Autumn Lisa 64 142 111 129
Sara 34 51 60 40
张三 146 76 128 31
Winter Lisa 7 6 42 58
Sara 127 28 89 45
张三 54 12 111 91
 

【小技巧】使用unstack()的时候，level等于哪一个，哪一个就消失，出现在列里。

In [63]: 
                    
                      df2
Out[63]:
    Spring Summer Autumn Winter
张三 期中 143 84 10 74
期末 66 72 71 115
李四 期中 98 126 37 42
期末 90 10 5 90
Sara 期中 104 95 93 28
期末 139 7 143 122
In [62]: 
                    
                      df2
                      
                        .
                        
                          unstack
                          
                            (
                            
                              level
                              
                                =
                                
                                  1
                                  
                                    )
Out[62]:
  Spring Summer Autumn Winter
  期中 期末 期中 期末 期中 期末 期中 期末
Sara 104 139 95 7 93 143 28 122
张三 143 66 84 72 10 71 74 115
李四 98 90 126 10 37 5 42 90
 

============================================

练习10：

  1. 使用unstack()将ddd变为两行，分别为期中期末

  2. 使用unstack()将ddd变为四行，分别为四个科目

============================================

 

5. 聚合操作

 

【注意】

  • 需要指定axis

  • 【小技巧】和unstack()相反，聚合的时候，axis等于哪一个，哪一个就会进行计算。

 

所谓的聚合操作：平均数，方差，最大值，最小值……

In [64]: 
                    
                      df1
Out[64]:
    Java Html5 Python
A 期中 120 119 137
期末 101 1 115
B 期中 66 117 121
期末 127 69 70
C 期中 41 25 128
期末 101 7 10
In [65]: 
                    
                      #axis=0  进行行间计算

                      
                        #axis=1 进行列间计算

                        
                          df1
                          
                            .
                            
                              sum
                              
                                ()
Out[65]: 
                    Java      556
Html5     338
Python    581
dtype: int64
In [68]: 
                    
                      df1
                      
                        .
                        
                          sum
                          
                            (
                            
                              axis 
                              
                                =
                                
                                  1
                                  
                                    )
Out[68]: 
                    A  期中    376
   期末    217
B  期中    304
   期末    266
C  期中    194
   期末    118
dtype: int64
In [69]: 
                    
                      df1
                      
                        .
                        
                          mean
                          
                            (
                            
                              axis 
                              
                                = 
                                
                                  1
                                  
                                    )
Out[69]: 
                    A  期中    125.333333
   期末     72.333333
B  期中    101.333333
   期末     88.666667
C  期中     64.666667
   期末     39.333333
dtype: float64
In [72]: 
                    
                      #数据离散的程度，方差越大数值间差距大

                      
                        df1
                        
                          .
                          
                            std
                            
                              (
                              
                                axis
                                
                                  =
                                  
                                    1
                                    
                                      )
Out[72]: 
                    A  期中    10.115994
   期末    62.171805
B  期中    30.664855
   期末    33.201406
C  期中    55.428633
   期末    53.425961
dtype: float64
 

============================================

练习11：

  1. 计算各个科目期中期末平均成绩

  2. 计算各科目张三李四的最高分

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