Вывести первую строку pandas

7 полезных операций в Pandas при работе с DataFrame

Apr 27 · 7 min read

Абстракция датафрейма является одной из наиболее полезных концепций в современной экосистеме управления данными. Вращается она главным образом вокруг табличных структур, которые имеют повышенную производительность при обновлении и запросе данных различными способами. Сериализация/десериализация этих структур из/в различные форматы файлов упрощает работу с данными. Более того, возможность производить различные SQL-подобные операции, такие как объединение, наряду с выполнением математических вычислений в самом датафрейме существенно расширяет возможности программиста.

Эта статья подчеркивает некоторые на и более полезные операции, которые можно выполнять с помощью абстракции датафрейма. Реализовывать мы их будем через библиотеку Pandas. Постараюсь представить материал в интуитивно понятной форме, чтобы в дальнейшем вы могли применить эти знания в других случаях или при работе с другими фреймворками.

1. Конкатенация DataFrame

Есть два способа конкатенировать датафрейм A и B . Представьте их как проиндексированные таблицы. Эти две таблицы можно объединить либо по оси y, либо по оси x.

Если требуется конкатенировать их вдоль x, то вызов API будет таким:

Если же вдоль y, то таким:

Применение

Предположим, у вас есть большое количество CSV-файлов или XLSX-данных, которые нужно присоединить друг к другу. Одним из способов сделать это будет считать данные файлов в датафреймы и использовать инструкцию pd.concat([file_1, file_2]) . Программно можно перебрать имена файлов (используя модуль glob для чтения набора имен файлов с помощью техники сопоставления шаблонов, например regex), считать их в датафрейм, соединить в памяти и сериализовать конкатенированные датафреймы в нужный формат файлов.

Вариант с axis = 0 используется нечасто, но его можно применять в сценариях, когда нужно обработать массивы данных, собранных с упорядочиванием. То есть, когда последовательность данных соответствует последовательности других массивов данных. В таком случае эти массивы можно объединить вдоль оси x, получив более объемное и значительное представление в табличном формате. Затем к полученной структуре можно применять операции, использующие все типы данных в ее столбцах.

2. Разделение DataFrame

Датафрейм можно разделить множеством способов, и выбор техники полностью зависит от цели этого разделения. Рассмотрим ряд случаев.

Просмотр сведений

В некоторых сценариях, особенно при написании кода с помощью блокнотов (например Jupyter), мы заглядываем в датафрейм, только чтобы понять, как он выглядит. В таких случаях можно использовать метод head() .

Исключение столбцов

Этот метод разделяет датафрейм вдоль оси y, то есть просто выбрасывает из него часть столбцов. Используется данный метод в типичном сценарии, когда нам не нужно, чтобы конечный DataFrame содержал эти столбцы, или когда мы предполагаем, что при дальнейшем обновлении структура станет занимать слишком много памяти.

Удаление датафреймов друг из друга

Представим, что у нас есть датафрейм X , состоящий из столбцов [A, B, C, D] , и датафрейм Y , состоящий из подмножества столбцов X . Нам нужно удалить Y из X . Это можно сделать так:

Конкатенация этих датафреймов приведет к дублированию общих записей, которые в итоге будут удалены выражением keep = false функции drop_duplicates() .

Применение

Предположим, что столбец A — это определенный вид ID сведений о работнике. К примеру, датафрейм X состоит из всех данных о работниках, а датафрейм Y содержит данные (с той же структурой) о работниках, не разбирающихся в Python. Нам нужно отфильтровать сведения о сотрудниках, которые не знакомы с Python.

Определение дельты записей на основе столбца

Представим, что у нас есть датафрейм X , состоящий из столбцов [A, B, C, D] , а также датафрейм Y , состоящий из тех же столбцов. При этом некоторые элементы столбцов A этих датафреймов являются общими. Нам нужно получить из датафрейма X строки, которые не содержат значения из столбца A , находящиеся в столбце A датафрейма Y .

Применение

Взгляните на эту таблицу:

Эти пары могли быть сгенерированы, например, из двух журналов: старого и нового. Нам нужно найти пары ID, принадлежащие одному и тому же человеку. Предположим, что ваш отдел кадров неожиданно заявляет, что определенный список ( hr_list ) сотрудников с ID_1 больше в компании не работает. Как удалить их из этого датафрейма?

Разделение на основе значений столбцов

Датафрейм можно фильтровать на основе значений столбца. В этом случае критерий отбора может включать несколько выражений при условии, что они будут возвращать логические значения.

Это простейший пример.

3. Подсчет записей в столбце

Это эффективный способ определения количества различных элементов в столбце.

Ответ на приведенный выше запрос можно получить следующим подходом:

4. Чтение фрагментов DataFrame

В некоторых случаях будет более эффективно считывать только части датафрейма, особенно при его больших размерах. Обратите внимание, что каждый датафрейм является индексированной табличной структурой, находящейся в памяти, а значит потребляющей пространство, потенциально нужное другим структурам данных. В связи с этим при работе с большими массивами информации всегда лучше считывать только ее нужную часть.

Более того, можно считывать большие файлы в отдельные фрагменты и маршалировать их в датафреймы.

Таким образом одновременно в памяти удерживается только фрагмент размером chunksize .

5. Применение функций к строкам

Бывают случаи, в которых требуется внести изменения в конкретные столбцы детафрейма. К примеру, в датафрейме X , содержащем столбцы A , B и C , мы можем применить функцию f() к значениям столбца B , чтобы сохранить их в столбце D .

Эта операция окажется намного быстрее, чем перебор всего датафрейма с помощью iterrows() .

Есть и альтернативный метод. Его можно использовать, когда функцию f() требуется применить только к одному столбцу.

6. Объединение двух датафреймов

По аналогии с реляционными базами данных датафреймы можно объединять merge , используя разрешающий столбец.

Однако стоит заметить, что операция merge является дорогостоящей, в связи с чем перед слиянием больших датасетов стоит проявлять особое внимание. В случаях, когда датасеты слишком велики, рекомендуется использовать методы группировки (англ.), чтобы избежать перегрузки памяти и связанных с этим проблем производительности.

7. Переименование столбцов

Переименовывать столбцы особенно полезно перед сериализацией файла или перед внедрением стороннего хранилища данных.

Источник

Моя шпаргалка по pandas

Один преподаватель как-то сказал мне, что если поискать аналог программиста в мире книг, то окажется, что программисты похожи не на учебники, а на оглавления учебников: они не помнят всего, но знают, как быстро найти то, что им нужно.

Возможность быстро находить описания функций позволяет программистам продуктивно работать, не теряя состояния потока. Поэтому я и создал представленную здесь шпаргалку по pandas и включил в неё то, чем пользуюсь каждый день, создавая веб-приложения и модели машинного обучения.

Нельзя сказать, что это — исчерпывающий список возможностей pandas , но сюда входят функции, которыми я пользуюсь чаще всего, примеры и мои пояснения по поводу ситуаций, в которых эти функции особенно полезны.

1. Подготовка к работе

Если вы хотите самостоятельно опробовать то, о чём тут пойдёт речь, загрузите набор данных Anime Recommendations Database с Kaggle. Распакуйте его и поместите в ту же папку, где находится ваш Jupyter Notebook (далее — блокнот).

Теперь выполните следующие команды.

После этого у вас должна появиться возможность воспроизвести то, что я покажу в следующих разделах этого материала.

2. Импорт данных

▍Загрузка CSV-данных

Здесь я хочу рассказать о преобразовании CSV-данных непосредственно в датафреймы (в объекты Dataframe). Иногда при загрузке данных формата CSV нужно указывать их кодировку (например, это может выглядеть как encoding=’ISO-8859–1′ ). Это — первое, что стоит попробовать сделать в том случае, если оказывается, что после загрузки данных датафрейм содержит нечитаемые символы.

Существует похожая функция для загрузки данных из Excel-файлов — pd.read_excel .

▍Создание датафрейма из данных, введённых вручную

Это может пригодиться тогда, когда нужно вручную ввести в программу простые данные. Например — если нужно оценить изменения, претерпеваемые данными, проходящими через конвейер обработки данных.

Данные, введённые вручную

▍Копирование датафрейма

Копирование датафреймов может пригодиться в ситуациях, когда требуется внести в данные изменения, но при этом надо и сохранить оригинал. Если датафреймы нужно копировать, то рекомендуется делать это сразу после их загрузки.

3. Экспорт данных

▍Экспорт в формат CSV

При экспорте данных они сохраняются в той же папке, где находится блокнот. Ниже показан пример сохранения первых 10 строк датафрейма, но то, что именно сохранять, зависит от конкретной задачи.

Экспортировать данные в виде Excel-файлов можно с помощью функции df.to_excel .

4. Просмотр и исследование данных

▍Получение n записей из начала или конца датафрейма

Сначала поговорим о выводе первых n элементов датафрейма. Я часто вывожу некоторое количество элементов из начала датафрейма где-нибудь в блокноте. Это позволяет мне удобно обращаться к этим данным в том случае, если я забуду о том, что именно находится в датафрейме. Похожую роль играет и вывод нескольких последних элементов.

Данные из начала датафрейма

Данные из конца датафрейма

▍Подсчёт количества строк в датафрейме

Функция len(), которую я тут покажу, не входит в состав pandas . Но она хорошо подходит для подсчёта количества строк датафреймов. Результаты её работы можно сохранить в переменной и воспользоваться ими там, где они нужны.

▍Подсчёт количества уникальных значений в столбце

Для подсчёта количества уникальных значений в столбце можно воспользоваться такой конструкцией:

▍Получение сведений о датафрейме

В сведения о датафрейме входит общая информация о нём вроде заголовка, количества значений, типов данных столбцов.

Сведения о датафрейме

Есть ещё одна функция, похожая на df.info — df.dtypes . Она лишь выводит сведения о типах данных столбцов.

▍Вывод статистических сведений о датафрейме

Знание статистических сведений о датафрейме весьма полезно в ситуациях, когда он содержит множество числовых значений. Например, знание среднего, минимального и максимального значений столбца rating даёт нам некоторое понимание того, как, в целом, выглядит датафрейм. Вот соответствующая команда:

Статистические сведения о датафрейме

▍Подсчёт количества значений

Для того чтобы подсчитать количество значений в конкретном столбце, можно воспользоваться следующей конструкцией:

Подсчёт количества элементов в столбце

5. Извлечение информации из датафреймов

▍Создание списка или объекта Series на основе значений столбца

Это может пригодиться в тех случаях, когда требуется извлекать значения столбцов в переменные x и y для обучения модели. Здесь применимы следующие команды:

Результаты работы команды anime[‘genre’].tolist()

Результаты работы команды anime[‘genre’]

▍Получение списка значений из индекса

Поговорим о получении списков значений из индекса. Обратите внимание на то, что я здесь использовал датафрейм anime_modified , так как его индексные значения выглядят интереснее.

Результаты выполнения команды

▍Получение списка значений столбцов

Вот команда, которая позволяет получить список значений столбцов:

Результаты выполнения команды

6. Добавление данных в датафрейм и удаление их из него

▍Присоединение к датафрейму нового столбца с заданным значением

Иногда мне приходится добавлять в датафреймы новые столбцы. Например — в случаях, когда у меня есть тестовый и обучающий наборы в двух разных датафреймах, и мне, прежде чем их скомбинировать, нужно пометить их так, чтобы потом их можно было бы различить. Для этого используется такая конструкция:

▍Создание нового датафрейма из подмножества столбцов

Это может пригодиться в том случае, если требуется сохранить в новом датафрейме несколько столбцов огромного датафрейма, но при этом не хочется выписывать имена столбцов, которые нужно удалить.

Результат выполнения команды

▍Удаление заданных столбцов

Этот приём может оказаться полезным в том случае, если из датафрейма нужно удалить лишь несколько столбцов. Если удалять нужно много столбцов, то эта задача может оказаться довольно-таки утомительной, поэтому тут я предпочитаю пользоваться возможностью, описанной в предыдущем разделе.

Результаты выполнения команды

▍Добавление в датафрейм строки с суммой значений из других строк

Для демонстрации этого примера самостоятельно создадим небольшой датафрейм, с которым удобно работать. Самое интересное здесь — это конструкция df.sum(axis=0) , которая позволяет получать суммы значений из различных строк.

Результат выполнения команды

Команда вида df.sum(axis=1) позволяет суммировать значения в столбцах.

Похожий механизм применим и для расчёта средних значений. Например — df.mean(axis=0) .

7. Комбинирование датафреймов

▍Конкатенация двух датафреймов

Эта методика применима в ситуациях, когда имеются два датафрейма с одинаковыми столбцами, которые нужно скомбинировать.

В данном примере мы сначала разделяем датафрейм на две части, а потом снова объединяем эти части:

Датафрейм, объединяющий df1 и df2

▍Слияние датафреймов

Функция df.merge , которую мы тут рассмотрим, похожа на левое соединение SQL. Она применяется тогда, когда два датафрейма нужно объединить по некоему столбцу.

Результаты выполнения команды

8. Фильтрация

▍Получение строк с нужными индексными значениями

Индексными значениями датафрейма anime_modified являются названия аниме. Обратите внимание на то, как мы используем эти названия для выбора конкретных столбцов.

Результаты выполнения команды

▍Получение строк по числовым индексам

Эта методика отличается от той, которая описана в предыдущем разделе. При использовании функции df.iloc первой строке назначается индекс 0 , второй — индекс 1 , и так далее. Такие индексы назначаются строкам даже в том случае, если датафрейм был модифицирован и в его индексном столбце используются строковые значения.

Следующая конструкция позволяет выбрать три первых строки датафрейма:

Результаты выполнения команды

▍Получение строк по заданным значениям столбцов

Для получения строк датафрейма в ситуации, когда имеется список значений столбцов, можно воспользоваться следующей командой:

Результаты выполнения команды

Если нас интересует единственное значение — можно воспользоваться такой конструкцией:

▍Получение среза датафрейма

Эта техника напоминает получение среза списка. А именно, речь идёт о получении фрагмента датафрейма, содержащего строки, соответствующие заданной конфигурации индексов.

Результаты выполнения команды

▍Фильтрация по значению

Из датафреймов можно выбирать строки, соответствующие заданному условию. Обратите внимание на то, что при использовании этого метода сохраняются существующие индексные значения.

Результаты выполнения команды

9. Сортировка

Для сортировки датафреймов по значениям столбцов можно воспользоваться функцией df.sort_values :

Результаты выполнения команды

10. Агрегирование

▍Функция df.groupby и подсчёт количества записей

Вот как подсчитать количество записей с различными значениями в столбцах:

Результаты выполнения команды

▍Функция df.groupby и агрегирование столбцов различными способами

Обратите внимание на то, что здесь используется reset_index() . В противном случае столбец type становится индексным столбцом. В большинстве случаев я рекомендую делать то же самое.

▍Создание сводной таблицы

Для того чтобы извлечь из датафрейма некие данные, нет ничего лучше, чем сводная таблица. Обратите внимание на то, что здесь я серьёзно отфильтровал датафрейм, что ускорило создание сводной таблицы.

Результаты выполнения команды

11. Очистка данных

▍Запись в ячейки, содержащие значение NaN, какого-то другого значения

Здесь мы поговорим о записи значения 0 в ячейки, содержащие значение NaN . В этом примере мы создаём такую же сводную таблицу, как и ранее, но без использования fill_value=0 . А затем используем функцию fillna(0) для замены значений NaN на 0 .

Таблица, содержащая значения NaN

Результаты замены значений NaN на 0

12. Другие полезные возможности

▍Отбор случайных образцов из набора данных

Я использую функцию df.sample каждый раз, когда мне нужно получить небольшой случайный набор строк из большого датафрейма. Если используется параметр frac=1 , то функция позволяет получить аналог исходного датафрейма, строки которого будут перемешаны.

Результаты выполнения команды

▍Перебор строк датафрейма

Следующая конструкция позволяет перебирать строки датафрейма:

Результаты выполнения команды

▍Борьба с ошибкой IOPub data rate exceeded

Если вы сталкиваетесь с ошибкой IOPub data rate exceeded — попробуйте, при запуске Jupyter Notebook, воспользоваться следующей командой:

Итоги

Здесь я рассказал о некоторых полезных приёмах использования pandas в среде Jupyter Notebook. Надеюсь, моя шпаргалка вам пригодится.

Уважаемые читатели! Есть ли какие-нибудь возможности pandas , без которых вы не представляете своей повседневной работы?

Источник