pandas对齐运算的实现示例

2024-09-30 11:19:04

1.算术运算和数据对齐

import numpy as np
import pandas as pd

1.1 Series

a1 = pd.Series(np.arange(4),index=['a','b','c','d'])
a2 = pd.Series(np.arange(5),index=['a','r','c','u','k'])
print(a1)
print("="*20)
print(a2)

a    0
b    1
c    2
d    3
dtype: int32
====================
a    0
r    1
c    2
u    3
k    4
dtype: int32

有相同的索引值相加后结果变为浮点数，不相同则返回NAN值。

a1 + a2

a    0.0
b    NaN
c    4.0
d    NaN
k    NaN
r    NaN
u    NaN
dtype: float64

1.2 DataFrame

a3 = pd.DataFrame(np.arange(12).reshape(3,4),index=['a','b','c'],columns=['q','w','e','r'])
a4 = pd.DataFrame(np.arange(9).reshape(3,3),index=['a','u','c'],columns=['m','e','r'])
print(a3)
print("="*20)
print(a4)

q w   e   r
a 0 1   2   3
b 4 5   6   7
c 8 9 10 11
====================
   m e r
a 0 1 2
u 3 4 5
c 6 7 8

只有行和列索引都相同的才能运算，否则返回NAN值

a3 + a4

e   m     q   r     w
a 3.0   NaN NaN   5.0 NaN
b NaN   NaN NaN   NaN NaN
c 17.0 NaN NaN   19.0 NaN
u NaN   NaN NaN   NaN NaN

2.使用填充值的算术方法

2.1 Series

a1 = pd.Series(np.arange(4),index=['a','b','c','d'])
a2 = pd.Series(np.arange(5),index=['a','r','c','u','k'])
print(a1)
print("="*20)
print(a2)
print("="*20)
print(a1 + a2)    #有相同的索引值相加后结果变为浮点数，不相同索引值相加则返回NAN

a    0
b    1
c    2
d    3
dtype: int32
====================
a    0
r    1
c    2
u    3
k    4
dtype: int32
====================
a    0.0
b    NaN
c    4.0
d    NaN
k    NaN
r    NaN
u    NaN
dtype: float64

使用填充值，不会返回NAN值，如果a1,a2的索引值相同则将对应的值作算术运算，如果不同则作为一行新的数据，形成一个新的Series索引

a1.add(a2,fill_value=0)  #a1+a2 忽略NAN影响

a    0.0
b    1.0
c    4.0
d    3.0
k    4.0
r    1.0
u    3.0
dtype: float64

2.2 DataFrame

a3 = pd.DataFrame(np.arange(12).reshape(3,4),index=['a','b','c'],columns=['q','w','e','r'])
a4 = pd.DataFrame(np.arange(9).reshape(3,3),index=['a','u','c'],columns=['m','e','r'])
print(a3)
print("="*20)
print(a4)
print("="*20)
print(a3 + a4)   #只有行索引和列索引都相同的才能运算，否则返回NAN

q w   e   r
a 0 1   2   3
b 4 5   6   7
c 8 9 10 11
====================
   m e r
a 0 1 2
u 3 4 5
c 6 7 8
====================
    e     m     q     r     w
a   3.0   NaN   NaN   5.0   NaN
b   NaN   NaN   NaN   NaN   NaN
c 17.0   NaN   NaN   19.0 NaN
u   NaN   NaN   NaN   NaN   NaN

只有当两个DataFrame索引独有的行和列独有的索引对应的值才返回NAN，例如下面的 b行m列返回NAN值，其索引值是由a3独有的b和a4独有的m组成的，行和列其中之一的索引值不是独有的，则返回对应DataFrame中的值，例如a行q列中的是a3,a4都有的，返回a3中 a行q列对应的值。

#使用填充值，
a3.add(a4,fill_value=0)

e    m q     r    w
a 3.0    0.0 0.0 5.0    1.0
b 6.0    NaN 4.0 7.0    5.0
c 17.0   6.0 8.0 19.0   9.0
u 4.0    3.0 NaN 5.0    NaN

r 开头字母表示会翻转参数

1/a3

q w e r
a inf 1.000000 0.500000 0.333333
b 0.250 0.200000 0.166667 0.142857
c 0.125 0.111111 0.100000 0.090909

a3.rdiv(1)   #翻转div（除法），结果等同 1/a3

q w e r
a inf 1.000000 0.500000 0.333333
b 0.250 0.200000 0.166667 0.142857
c 0.125 0.111111 0.100000 0.090909

reindex指定索引和缺失值

将a3的列索引替换为a4的列索引，如果索引名字不相同，则返回NAN（不改变原DataFrame索引）

a3.reindex(columns=a4.columns)）

m e r
a NaN 2 3
b NaN 6 7
c NaN 10 11

#对NAN进行填充
a3.reindex(columns=a4.columns,fill_value=66)  #把所有的NAN替换为66(可指定任意值)

m e r
a 66 2 3
b 66 6 7
c 66 10 11

3.DataFrame和Series混合运算

3.1 按行广播

arr = np.arange(12).reshape(3,4)
arr

array([[ 0, 1, 2, 3],
[ 4, 5, 6, 7],
[ 8, 9, 10, 11]])

取出第一行

arr[0] #取出第一行

array([0, 1, 2, 3])

每一行都减去第一行（按行进行广播）

arr - arr[0] #每一行都减去第一行（按行进行广播）

array([[0, 0, 0, 0],
[4, 4, 4, 4],
[8, 8, 8, 8]])

a3 = pd.DataFrame(np.arange(12).reshape(3,4),index=['a','b','c'],columns=['q','w','e','r'])
a3

q w e r
a 0 1 2 3
b 4 5 6 7
c 8 9 10 11

位置索引 iloc[m,n] 第一个参数m表示行，第二个参数n表示列

s1 = a3.iloc[0]   #取出第一行
s1

q    0
w    1
e    2
r    3
Name: a, dtype: int32

每一行都减去第一行（按行进行广播）

a3-s1    #每一行都减去第一行（按行进行广播）

q w e r
a 0 0 0 0
b 4 4 4 4
c 8 8 8 8

3.2 按列广播

取出q这一列

s2 = a3['q']  #取出q这一列
s2

a    0
b    4
c    8
Name: q, dtype: int32

默认是行axis=1，指定axis='index'或axis=0，按列进行广播(a3所有列分别减去第q列)

a3.sub(s2,axis='index')  #默认是行axis=1，指定axis='index'(或axis=0)，按列进行广播(a3所有列分别减去第q列)

q w e r
a 0 1 2 3
b 0 1 2 3
c 0 1 2 3

a3.sub(s2,axis=0)  #默认是行axis=1，指定axis=0(或)axis='index'，按列进行广播(a3所有列分别减去第q列)