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Pandas高级教程之:GroupBy用法

liuian 2025-01-13 15:30 15 浏览

简介

pandas中的DF数据类型可以像数据库表格一样进行groupby操作。通常来说groupby操作可以分为三部分：分割数据，应用变换和和合并数据。

本文将会详细讲解Pandas中的groupby操作。

分割数据

分割数据的目的是将DF分割成为一个个的group。为了进行groupby操作，在创建DF的时候需要指定相应的label：

df = pd.DataFrame(
   ...:     {
   ...:         "A": ["foo", "bar", "foo", "bar", "foo", "bar", "foo", "foo"],
   ...:         "B": ["one", "one", "two", "three", "two", "two", "one", "three"],
   ...:         "C": np.random.randn(8),
   ...:         "D": np.random.randn(8),
   ...:     }
   ...: )
   ...:

df
Out[61]: 
     A      B         C         D
0  foo    one -0.490565 -0.233106
1  bar    one  0.430089  1.040789
2  foo    two  0.653449 -1.155530
3  bar  three -0.610380 -0.447735
4  foo    two -0.934961  0.256358
5  bar    two -0.256263 -0.661954
6  foo    one -1.132186 -0.304330
7  foo  three  2.129757  0.445744

默认情况下，groupby的轴是x轴。可以一列group，也可以多列group：

In [8]: grouped = df.groupby("A")

In [9]: grouped = df.groupby(["A", "B"])

多index

在0.24版本中，如果我们有多index，可以从中选择特定的index进行group：

In [10]: df2 = df.set_index(["A", "B"])

In [11]: grouped = df2.groupby(level=df2.index.names.difference(["B"]))

In [12]: grouped.sum()
Out[12]: 
            C         D
A                      
bar -1.591710 -1.739537
foo -0.752861 -1.402938

get_group

get_group 可以获取分组之后的数据：

In [24]: df3 = pd.DataFrame({"X": ["A", "B", "A", "B"], "Y": [1, 4, 3, 2]})

In [25]: df3.groupby(["X"]).get_group("A")
Out[25]: 
   X  Y
0  A  1
2  A  3

In [26]: df3.groupby(["X"]).get_group("B")
Out[26]: 
   X  Y
1  B  4
3  B  2

dropna

默认情况下，NaN数据会被排除在groupby之外，通过设置 dropna=False 可以允许NaN数据：

In [27]: df_list = [[1, 2, 3], [1, None, 4], [2, 1, 3], [1, 2, 2]]

In [28]: df_dropna = pd.DataFrame(df_list, columns=["a", "b", "c"])

In [29]: df_dropna
Out[29]: 
   a    b  c
0  1  2.0  3
1  1  NaN  4
2  2  1.0  3
3  1  2.0  2

# Default ``dropna`` is set to True, which will exclude NaNs in keys
In [30]: df_dropna.groupby(by=["b"], dropna=True).sum()
Out[30]: 
     a  c
b        
1.0  2  3
2.0  2  5

# In order to allow NaN in keys, set ``dropna`` to False
In [31]: df_dropna.groupby(by=["b"], dropna=False).sum()
Out[31]: 
     a  c
b        
1.0  2  3
2.0  2  5
NaN  1  4

groups属性

groupby对象有个groups属性，它是一个key-value字典，key是用来分类的数据，value是分类对应的值。

In [34]: grouped = df.groupby(["A", "B"])

In [35]: grouped.groups
Out[35]: {('bar', 'one'): [1], ('bar', 'three'): [3], ('bar', 'two'): [5], ('foo', 'one'): [0, 6], ('foo', 'three'): [7], ('foo', 'two'): [2, 4]}

In [36]: len(grouped)
Out[36]: 6

index的层级

对于多级index对象，groupby可以指定group的index层级：

In [40]: arrays = [
   ....:     ["bar", "bar", "baz", "baz", "foo", "foo", "qux", "qux"],
   ....:     ["one", "two", "one", "two", "one", "two", "one", "two"],
   ....: ]
   ....: 

In [41]: index = pd.MultiIndex.from_arrays(arrays, names=["first", "second"])

In [42]: s = pd.Series(np.random.randn(8), index=index)

In [43]: s
Out[43]: 
first  second
bar    one      -0.919854
       two      -0.042379
baz    one       1.247642
       two      -0.009920
foo    one       0.290213
       two       0.495767
qux    one       0.362949
       two       1.548106
dtype: float64

group第一级：

In [44]: grouped = s.groupby(level=0)

In [45]: grouped.sum()
Out[45]: 
first
bar   -0.962232
baz    1.237723
foo    0.785980
qux    1.911055
dtype: float64

group第二级：

In [46]: s.groupby(level="second").sum()
Out[46]: 
second
one    0.980950
two    1.991575
dtype: float64

group的遍历

得到group对象之后，我们可以通过for语句来遍历group：

In [62]: grouped = df.groupby('A')

In [63]: for name, group in grouped:
   ....:     print(name)
   ....:     print(group)
   ....: 
bar
     A      B         C         D
1  bar    one  0.254161  1.511763
3  bar  three  0.215897 -0.990582
5  bar    two -0.077118  1.211526
foo
     A      B         C         D
0  foo    one -0.575247  1.346061
2  foo    two -1.143704  1.627081
4  foo    two  1.193555 -0.441652
6  foo    one -0.408530  0.268520
7  foo  three -0.862495  0.024580

如果是多字段group，group的名字是一个元组：

In [64]: for name, group in df.groupby(['A', 'B']):
   ....:     print(name)
   ....:     print(group)
   ....: 
('bar', 'one')
     A    B         C         D
1  bar  one  0.254161  1.511763
('bar', 'three')
     A      B         C         D
3  bar  three  0.215897 -0.990582
('bar', 'two')
     A    B         C         D
5  bar  two -0.077118  1.211526
('foo', 'one')
     A    B         C         D
0  foo  one -0.575247  1.346061
6  foo  one -0.408530  0.268520
('foo', 'three')
     A      B         C        D
7  foo  three -0.862495  0.02458
('foo', 'two')
     A    B         C         D
2  foo  two -1.143704  1.627081
4  foo  two  1.193555 -0.441652

聚合操作

分组之后，就可以进行聚合操作：

In [67]: grouped = df.groupby("A")

In [68]: grouped.aggregate(np.sum)
Out[68]: 
            C         D
A                      
bar  0.392940  1.732707
foo -1.796421  2.824590

In [69]: grouped = df.groupby(["A", "B"])

In [70]: grouped.aggregate(np.sum)
Out[70]: 
                  C         D
A   B                        
bar one    0.254161  1.511763
    three  0.215897 -0.990582
    two   -0.077118  1.211526
foo one   -0.983776  1.614581
    three -0.862495  0.024580
    two    0.049851  1.185429

对于多index数据来说，默认返回值也是多index的。如果想使用新的index，可以添加 as_index = False：

In [71]: grouped = df.groupby(["A", "B"], as_index=False)

In [72]: grouped.aggregate(np.sum)
Out[72]: 
     A      B         C         D
0  bar    one  0.254161  1.511763
1  bar  three  0.215897 -0.990582
2  bar    two -0.077118  1.211526
3  foo    one -0.983776  1.614581
4  foo  three -0.862495  0.024580
5  foo    two  0.049851  1.185429

In [73]: df.groupby("A", as_index=False).sum()
Out[73]: 
     A         C         D
0  bar  0.392940  1.732707
1  foo -1.796421  2.824590

上面的效果等同于reset_index

In [74]: df.groupby(["A", "B"]).sum().reset_index()

grouped.size() 计算group的大小：

In [75]: grouped.size()
Out[75]: 
     A      B  size
0  bar    one     1
1  bar  three     1
2  bar    two     1
3  foo    one     2
4  foo  three     1
5  foo    two     2

grouped.describe() 描述group的信息：

In [76]: grouped.describe()
Out[76]: 
      C                                                    ...         D                                                  
  count      mean       std       min       25%       50%  ...       std       min       25%       50%       75%       max
0   1.0  0.254161       NaN  0.254161  0.254161  0.254161  ...       NaN  1.511763  1.511763  1.511763  1.511763  1.511763
1   1.0  0.215897       NaN  0.215897  0.215897  0.215897  ...       NaN -0.990582 -0.990582 -0.990582 -0.990582 -0.990582
2   1.0 -0.077118       NaN -0.077118 -0.077118 -0.077118  ...       NaN  1.211526  1.211526  1.211526  1.211526  1.211526
3   2.0 -0.491888  0.117887 -0.575247 -0.533567 -0.491888  ...  0.761937  0.268520  0.537905  0.807291  1.076676  1.346061
4   1.0 -0.862495       NaN -0.862495 -0.862495 -0.862495  ...       NaN  0.024580  0.024580  0.024580  0.024580  0.024580
5   2.0  0.024925  1.652692 -1.143704 -0.559389  0.024925  ...  1.462816 -0.441652  0.075531  0.592714  1.109898  1.627081

[6 rows x 16 columns]

通用聚合方法

下面是通用的聚合方法：

函数

描述

mean()

平均值

sum()

求和

size()

计算size

count()

group的统计

std()

标准差

var()

方差

sem()

均值的标准误

describe()

统计信息描述

first()

第一个group值

last()

最后一个group值

nth()

第n个group值

min()

最小值

max()

最大值

同时使用多个聚合方法

可以同时指定多个聚合方法：

In [81]: grouped = df.groupby("A")

In [82]: grouped["C"].agg([np.sum, np.mean, np.std])
Out[82]: 
          sum      mean       std
A                                
bar  0.392940  0.130980  0.181231
foo -1.796421 -0.359284  0.912265

可以重命名：

In [84]: (
   ....:     grouped["C"]
   ....:     .agg([np.sum, np.mean, np.std])
   ....:     .rename(columns={"sum": "foo", "mean": "bar", "std": "baz"})
   ....: )
   ....: 
Out[84]: 
          foo       bar       baz
A                                
bar  0.392940  0.130980  0.181231
foo -1.796421 -0.359284  0.912265

NamedAgg

NamedAgg 可以对聚合进行更精准的定义，它包含 column 和aggfunc 两个定制化的字段。

In [88]: animals = pd.DataFrame(
   ....:     {
   ....:         "kind": ["cat", "dog", "cat", "dog"],
   ....:         "height": [9.1, 6.0, 9.5, 34.0],
   ....:         "weight": [7.9, 7.5, 9.9, 198.0],
   ....:     }
   ....: )
   ....: 

In [89]: animals
Out[89]: 
  kind  height  weight
0  cat     9.1     7.9
1  dog     6.0     7.5
2  cat     9.5     9.9
3  dog    34.0   198.0

In [90]: animals.groupby("kind").agg(
   ....:     min_height=pd.NamedAgg(column="height", aggfunc="min"),
   ....:     max_height=pd.NamedAgg(column="height", aggfunc="max"),
   ....:     average_weight=pd.NamedAgg(column="weight", aggfunc=np.mean),
   ....: )
   ....: 
Out[90]: 
      min_height  max_height  average_weight
kind                                        
cat          9.1         9.5            8.90
dog          6.0        34.0          102.75

或者直接使用一个元组：

In [91]: animals.groupby("kind").agg(
   ....:     min_height=("height", "min"),
   ....:     max_height=("height", "max"),
   ....:     average_weight=("weight", np.mean),
   ....: )
   ....: 
Out[91]: 
      min_height  max_height  average_weight
kind                                        
cat          9.1         9.5            8.90
dog          6.0        34.0          102.75

不同的列指定不同的聚合方法

通过给agg方法传入一个字典，可以指定不同的列使用不同的聚合：

In [95]: grouped.agg({"C": "sum", "D": "std"})
Out[95]: 
            C         D
A                      
bar  0.392940  1.366330
foo -1.796421  0.884785

转换操作

转换是将对象转换为同样大小对象的操作。在数据分析的过程中，经常需要进行数据的转换操作。

可以接lambda操作：

In [112]: ts.groupby(lambda x: x.year).transform(lambda x: x.max() - x.min())

填充na值：

In [121]: transformed = grouped.transform(lambda x: x.fillna(x.mean()))

过滤操作

filter方法可以通过lambda表达式来过滤我们不需要的数据：

In [136]: sf = pd.Series([1, 1, 2, 3, 3, 3])

In [137]: sf.groupby(sf).filter(lambda x: x.sum() > 2)
Out[137]: 
3    3
4    3
5    3
dtype: int64

Apply操作

有些数据可能不适合进行聚合或者转换操作，Pandas提供了一个 apply 方法，用来进行更加灵活的转换操作。

In [156]: df
Out[156]: 
     A      B         C         D
0  foo    one -0.575247  1.346061
1  bar    one  0.254161  1.511763
2  foo    two -1.143704  1.627081
3  bar  three  0.215897 -0.990582
4  foo    two  1.193555 -0.441652
5  bar    two -0.077118  1.211526
6  foo    one -0.408530  0.268520
7  foo  three -0.862495  0.024580

In [157]: grouped = df.groupby("A")

# could also just call .describe()
In [158]: grouped["C"].apply(lambda x: x.describe())
Out[158]: 
A         
bar  count    3.000000
     mean     0.130980
     std      0.181231
     min     -0.077118
     25%      0.069390
                ...   
foo  min     -1.143704
     25%     -0.862495
     50%     -0.575247
     75%     -0.408530
     max      1.193555
Name: C, Length: 16, dtype: float64

可以外接函数：

In [159]: grouped = df.groupby('A')['C']

In [160]: def f(group):
   .....:     return pd.DataFrame({'original': group,
   .....:                          'demeaned': group - group.mean()})
   .....: 

In [161]: grouped.apply(f)
Out[161]: 
   original  demeaned
0 -0.575247 -0.215962
1  0.254161  0.123181
2 -1.143704 -0.784420
3  0.215897  0.084917
4  1.193555  1.552839
5 -0.077118 -0.208098
6 -0.408530 -0.049245
7 -0.862495 -0.503211

本文已收录于 http://www.flydean.com/11-python-pandas-groupby/

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【推荐】一款 IDEA 必备的 JSON 处理工具插件 — Json Assistant

JsonAssistant是基于IntelliJIDEs的JSON工具插件，让JSON处理变得更轻松！主要功能完全支持JSON5JSON窗口（多选项卡）选项卡更名移动至主编辑器用...

技术分享 | 利用PHAR协议进行PHP反序列化攻击

PHAR(“PhpARchive”)是PHP中的打包文件，相当于Java中的JAR文件，在php5.3或者更高的版本中默认开启。PHAR文件缺省状态是只读的，当我们要创建一个Phar文件需要修改...

php进阶到架构之swoole系列教程(一)windows安装swoole

目录概述安装Cygwin安装swoolephp7进阶到架构师相关阅读概述这是关于php进阶到架构之swoole系列学习课程：第一节：windows安装swoole学习目标：在Windows环境将搭建s...

go 和 php 性能如何进行对比?

PHP性能很差吗？每次讲到PHP和其他语言间的性能对比，似乎都会发现这样一个声音：单纯的性能对比没有意义，主要瓶颈首先是数据库，其次是业务代码等等。好像PHP的性能真的不能单独拿出来讨论似的。但其实一...

Linux(CentOS )手动搭建LNMP(Linux+Nginx+Mysql+PHP)坏境

CentOS搭建LNMP（Linux+Nginx+Mysql+PHP）坏境由于网上各种版本新旧不一，而且Linux版本也不尽相同，所以自己写一遍根据官网的提示自己手动搭建过程。看官方文档很重要，永远...

json和jsonp区别

JSON和JSONP虽然只有一个字母的差别,但其实他们根本不是一回事儿：JSON是一种数据交换格式,而JSONP是一种非官方跨域数据交互协议。一个是描述信息的格式,一个是信息传递的约定方法。一、...

web后端正确的返回JSON

在web开发中，前端和后端发生数据交换传输现在最常见的形式就是异步ajax交互，一般返回给js都是json，如何才是正确的返回呢？前端代码想要获取JSON数据代码如下：$.get('/user-inf...

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