12种Numpy & Pandas高效技巧

共 9136字,需浏览 19分钟

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2022-12-30 21:49

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选自TowardsDataScience,作者:Kunal Dhariwal    机器之心编译

本文分享给大家 12 种 Numpy 和 Pandas 函数,这些高效的函数会令数据分析更为容易、便捷。最后,读者也可以在 GitHub 项目中找到本文所用代码的 Jupyter Notebook。

项目地址:https://github.com/kunaldhariwal/12-Amazing-Pandas-NumPy-Functions
Numpy 的 6 种高效函数
首先从 Numpy 开始。Numpy 是用于科学计算的 Python 语言扩展包,通常包含强大的 N 维数组对象、复杂函数、用于整合 C/C++和 Fortran 代码的工具以及有用的线性代数、傅里叶变换和随机数生成能力。
除了上面这些明显的用途,Numpy 还可以用作通用数据的高效多维容器(container),定义任何数据类型。这使得 Numpy 能够实现自身与各种数据库的无缝、快速集成。


接下来一一解析 6 种 Numpy 函数。
argpartition()
借助于 argpartition(),Numpy 可以找出 N 个最大数值的索引,也会将找到的这些索引输出。然后我们根据需要对数值进行排序。

x = np.array([1210120689116460])index_val = np.argpartition(x, -4)[-4:]
index_val
array([1820], dtype=int64)np.sort(x[index_val])
array([10121216])

allclose()
allclose() 用于匹配两个数组,并得到布尔值表示的输出。如果在一个公差范围内(within a tolerance)两个数组不等同,则 allclose() 返回 False。该函数对于检查两个数组是否相似非常有用。

array1 = np.array([0.12,0.17,0.24,0.29])
array2 = np.array([0.13,0.19,0.26,0.31])# with a tolerance of 0.1, it should return False:
np.allclose(array1,array2,0.1)
False# with a tolerance of 0.2, it should return True:
np.allclose(array1,array2,0.2)
True

clip()
Clip() 使得一个数组中的数值保持在一个区间内。有时,我们需要保证数值在上下限范围内。为此,我们可以借助 Numpy 的 clip() 函数实现该目的。给定一个区间,则区间外的数值被剪切至区间上下限(interval edge)。

x = np.array([3171423226812160])np.clip(x,2,5)
array([355522552252])

extract()
顾名思义,extract() 是在特定条件下从一个数组中提取特定元素。借助于 extract(),我们还可以使用 and 和 or 等条件。
# Random integers
array = np.random.randint(20, size=12)
array
array([ 0,  1,  81916181011,  21314,  3])#  Divide by 2 and check if remainder is 1
cond = np.mod(array2)==1
cond
array([False,  TrueFalse,  TrueFalseFalseFalse,  TrueFalseTrueFalse,  True])# Use extract to get the values
np.extract(cond, array)
array([ 1191113,  3])# Apply condition on extract directly
np.extract(((array < 3) | (array > 15)), array)
array([ 0,  1191618,  2])

where()
Where() 用于从一个数组中返回满足特定条件的元素。比如,它会返回满足特定条件的数值的索引位置。Where() 与 SQL 中使用的 where condition 类似,如以下示例所示:
y = np.array([1,5,6,8,1,7,3,6,9])# Where y is greater than 5, returns index position
np.where(y>5)
array([23578], dtype=int64),)# First will replace the values that match the condition, 
# second will replace the values that does not
np.where(y>5"Hit""Miss")
array([ Miss Miss Hit Hit Miss Hit Miss Hit Hit ],dtype= <U4 )

percentile()
Percentile() 用于计算特定轴方向上数组元素的第 n 个百分位数。
a = np.array([1,5,6,8,1,7,3,6,9])print("50th Percentile of a, axis = 0 : ",  
      np.percentile(a, 50, axis =0))
50th Percentile of a, axis = 0 :  6.0b = np.array([[10, 7, 4], [3, 2, 1]])print("30th Percentile of b, axis = 0 : ",  
      np.percentile(b, 30, axis =0))
30th Percentile of b, axis = 0 :  [5.1 3.5 1.9]

这就是 Numpy 扩展包的 6 种高效函数,相信会为你带来帮助。接下来看一看 Pandas 数据分析库的 6 种函数。

Pandas 数据统计包的 6 种高效函数
Pandas 也是一个 Python 包,它提供了快速、灵活以及具有显著表达能力的数据结构,旨在使处理结构化 (表格化、多维、异构) 和时间序列数据变得既简单又直观。

Pandas 适用于以下各类数据:
  • 具有异构类型列的表格数据,如 SQL 表或 Excel 表;

  • 有序和无序 (不一定是固定频率) 的时间序列数据;

  • 带有行/列标签的任意矩阵数据(同构类型或者是异构类型);

  • 其他任意形式的统计数据集。事实上,数据根本不需要标记就可以放入 Pandas 结构中。

Pandas 擅长处理的类型如下所示:
  • 容易处理浮点数据和非浮点数据中的 缺失数据(用 NaN 表示);

  • 大小可调整性: 可以从 DataFrame 或者更高维度的对象中插入或者是删除列;

  • 显式数据可自动对齐: 对象可以显式地对齐至一组标签内,或者用户可以简单地选择忽略标签,使 Series、 DataFrame 等自动对齐数据;

  • 灵活的分组功能,对数据集执行拆分-应用-合并等操作,对数据进行聚合和转换;

  • 简化将数据转换为 DataFrame 对象的过程,而这些数据基本是 Python 和 NumPy 数据结构中不规则、不同索引的数据;

  • 基于标签的智能切片、索引以及面向大型数据集的子设定;

  • 更加直观地合并以及连接数据集;

  • 更加灵活地重塑、转置(pivot)数据集;

  • 轴的分级标记 (可能包含多个标记);

  • 具有鲁棒性的 IO 工具,用于从平面文件 (CSV 和 delimited)、 Excel 文件、数据库中加在数据,以及从 HDF5 格式中保存 / 加载数据;

  • 时间序列的特定功能: 数据范围的生成以及频率转换、移动窗口统计、数据移动和滞后等。


read_csv(nrows=n)
大多数人都会犯的一个错误是,在不需要.csv 文件的情况下仍会完整地读取它。如果一个未知的.csv 文件有 10GB,那么读取整个.csv 文件将会非常不明智,不仅要占用大量内存,还会花很多时间。我们需要做的只是从.csv 文件中导入几行,之后根据需要继续导入。
import io
import requests# I am using this online data set just to make things easier for you guys
url = "https://raw.github.com/vincentarelbundock/Rdatasets/master/csv/datasets/AirPassengers.csv"
s = requests.get(url).content# read only first 10 rows
df = pd.read_csv(io.StringIO(s.decode( utf-8 )),nrows=10 , index_col=0)

map()
map( ) 函数根据相应的输入来映射 Series 的值。用于将一个 Series 中的每个值替换为另一个值,该值可能来自一个函数、也可能来自于一个 dict 或 Series。
# create a dataframe
dframe = pd.DataFrame(np.random.randn(43), columns=list( bde ), index=[ India USA China Russia ])#compute a formatted string from each floating point value in frame
changefn = lambda x:  %.2f  % x# Make changes element-wise
dframe[ d ].map(changefn)
apply()
apply() 允许用户传递函数,并将其应用于 Pandas 序列中的每个值。

# max minus mix lambda fn
fn = lambda x: x.max() - x.min()# Apply this on dframe that we ve just created above
dframe.apply(fn)

isin()
lsin () 用于过滤数据帧。Isin () 有助于选择特定列中具有特定(或多个)值的行。

# Using the dataframe we created for read_csv
filter1 = df["value"].isin([112]) 
filter2 = df["time"].isin([1949.000000])df [filter1 & filter2]

copy()
Copy () 函数用于复制 Pandas 对象。当一个数据帧分配给另一个数据帧时,如果对其中一个数据帧进行更改,另一个数据帧的值也将发生更改。为了防止这类问题,可以使用 copy () 函数。
# creating sample series 
data = pd.Series([ India Pakistan China Mongolia ])# Assigning issue that we face
data1= data
# Change a value
data1[0]= USA
# Also changes value in old dataframe
data# To prevent that, we use
# creating copy of series 
new = data.copy()# assigning new values 
new[1]= Changed value # printing data 
print(new
print(data)

select_dtypes()
select_dtypes() 的作用是,基于 dtypes 的列返回数据帧列的一个子集。这个函数的参数可设置为包含所有拥有特定数据类型的列,亦或者设置为排除具有特定数据类型的列。
# We ll use the same dataframe that we used for read_csv
framex =  df.select_dtypes(include="float64")# Returns only time column

最后,pivot_table( ) 也是 Pandas 中一个非常有用的函数。如果对 pivot_table( ) 在 excel 中的使用有所了解,那么就非常容易上手了。
# Create a sample dataframe
school = pd.DataFrame({ A : [ Jay Usher Nicky Romero Will ], 
       B : [ Masters Graduate Graduate Masters Graduate ], 
       C : [2622202324]})# Lets create a pivot table to segregate students based on age and course
table = pd.pivot_table(school, values = A index =[ B C ], 
                         columns =[ B ], aggfunc = np.sum, fill_value="Not Available"

table

原文链接:https://towardsdatascience.com/12-amazing-pandas-numpy-functions-22e5671a45b8

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