机器学习基础4--python科学计算pandas(下)

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利用python进行科学计算，numpy和pandas这两个库是必不可少的。

上一篇介绍了pandas库的Series和DataFrame，以及DataFrame的基本方法，这篇的数据导入导出，数据合并等，

读写文件

pandas可以读取与存取的资料格式有很多种，像csv、excel、json、html与pickle等

这里是官方文档：pandas IO Tools

合并concat

使用pandas的DataFrame时，常常需要进行合并操作。

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df1 = pd.DataFrame(np.ones((3,4))*0, columns=['a','b','c','d'])
df2 = pd.DataFrame(np.ones((3,4))*1, columns=['a','b','c','d'])
df3 = pd.DataFrame(np.ones((3,4))*2, columns=['a','b','c','d'])
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# axis=0进行横向合并，axis=1进行纵向合并
res = pd.concat([df1, df2, df3], axis=0)
#     a    b    c    d
# 0  0.0  0.0  0.0  0.0
# 1  0.0  0.0  0.0  0.0
# 2  0.0  0.0  0.0  0.0
# 0  1.0  1.0  1.0  1.0
# 1  1.0  1.0  1.0  1.0
# 2  1.0  1.0  1.0  1.0
# 0  2.0  2.0  2.0  2.0
# 1  2.0  2.0  2.0  2.0
# 2  2.0  2.0  2.0  2.0

可以发现，index此时还是按照每个df之前的值，如果想重置index，设置ignore_index=True即可

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# axis=0进行横向合并，axis=1进行纵向合并
res = pd.concat([df1, df2, df3], axis=0, ignore_index=True)
#     a    b    c    d
# 0  0.0  0.0  0.0  0.0
# 1  0.0  0.0  0.0  0.0
# 2  0.0  0.0  0.0  0.0
# 3  1.0  1.0  1.0  1.0
# 4  1.0  1.0  1.0  1.0
# 5  1.0  1.0  1.0  1.0
# 6  2.0  2.0  2.0  2.0
# 7  2.0  2.0  2.0  2.0
# 8  2.0  2.0  2.0  2.0

index恢复正常。

前面我们合并的数据集的列名完全相同，所以合并后的列数不变。如果合并的数据集的列并不完全相同呢？

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#定义资料集
df1 = pd.DataFrame(np.ones((3,4))*0, columns=['a','b','c','d'], index=[1,2,3])
df2 = pd.DataFrame(np.ones((3,4))*1, columns=['b','c','d','e'], index=[2,3,4])

#纵向"外"合并df1与df2,join的默认参数就是outer,outer的规则是
#依照column来做纵向合并，有相同的column上下合并在一起，其他独自的column个自成列，原本没有值的位置皆以NaN填充。
res = pd.concat([df1, df2], axis=0, join='outer')

print(res)
#     a    b    c    d    e
# 1  0.0  0.0  0.0  0.0  NaN
# 2  0.0  0.0  0.0  0.0  NaN
# 3  0.0  0.0  0.0  0.0  NaN
# 2  NaN  1.0  1.0  1.0  1.0
# 3  NaN  1.0  1.0  1.0  1.0
# 4  NaN  1.0  1.0  1.0  1.0

如果join的值设置为inner，那么只有相同的column合并在一起，其他的会被抛弃。

append添加数据

append方法可以将一个数据集添加到另一个数据集的下方，也就是纵向合并

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df1.append(df2, ignore_index=True)

多key合并merge

merge方法与concat方法类似，但merge可以用于有两列作为key的数据。先看只有一组key列的情况

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#定义资料集并打印出
left = pd.DataFrame({'key': ['K0', 'K1', 'K2', 'K3'],
                             'A': ['A0', 'A1', 'A2', 'A3'],
                             'B': ['B0', 'B1', 'B2', 'B3']})
right = pd.DataFrame({'key': ['K0', 'K1', 'K2', 'K3'],
                              'C': ['C0', 'C1', 'C2', 'C3'],
                              'D': ['D0', 'D1', 'D2', 'D3']})

print(left)
#    A   B key
# 0  A0  B0  K0
# 1  A1  B1  K1
# 2  A2  B2  K2
# 3  A3  B3  K3

print(right)
#    C   D key
# 0  C0  D0  K0
# 1  C1  D1  K1
# 2  C2  D2  K2
# 3  C3  D3  K3

#依据key column合并，并打印出
res = pd.merge(left, right, on='key')

print(res)
     A   B key   C   D
# 0  A0  B0  K0  C0  D0
# 1  A1  B1  K1  C1  D1
# 2  A2  B2  K2  C2  D2
# 3  A3  B3  K3  C3  D3

接下来我们定义有两列作为key的合并

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#定义资料集并打印出
left = pd.DataFrame({'key1': ['K0', 'K0', 'K1', 'K2'],
                      'key2': ['K0', 'K1', 'K0', 'K1'],
                      'A': ['A0', 'A1', 'A2', 'A3'],
                      'B': ['B0', 'B1', 'B2', 'B3']})
right = pd.DataFrame({'key1': ['K0', 'K1', 'K1', 'K2'],
                       'key2': ['K0', 'K0', 'K0', 'K0'],
                       'C': ['C0', 'C1', 'C2', 'C3'],
                       'D': ['D0', 'D1', 'D2', 'D3']})

print(left)
#    A   B key1 key2
# 0  A0  B0   K0   K0
# 1  A1  B1   K0   K1
# 2  A2  B2   K1   K0
# 3  A3  B3   K2   K1

print(right)
#    C   D key1 key2
# 0  C0  D0   K0   K0
# 1  C1  D1   K1   K0
# 2  C2  D2   K1   K0
# 3  C3  D3   K2   K0

#依据key1与key2 columns进行合并，并打印出四种结果['left', 'right', 'outer', 'inner']
res = pd.merge(left, right, on=['key1', 'key2'], how='inner')
print(res)
#    A   B key1 key2   C   D
# 0  A0  B0   K0   K0  C0  D0
# 1  A2  B2   K1   K0  C1  D1
# 2  A2  B2   K1   K0  C2  D2

res = pd.merge(left, right, on=['key1', 'key2'], how='outer')
print(res)
#     A    B key1 key2    C    D
# 0   A0   B0   K0   K0   C0   D0
# 1   A1   B1   K0   K1  NaN  NaN
# 2   A2   B2   K1   K0   C1   D1
# 3   A2   B2   K1   K0   C2   D2
# 4   A3   B3   K2   K1  NaN  NaN
# 5  NaN  NaN   K2   K0   C3   D3

res = pd.merge(left, right, on=['key1', 'key2'], how='left')
print(res)
#    A   B key1 key2    C    D
# 0  A0  B0   K0   K0   C0   D0
# 1  A1  B1   K0   K1  NaN  NaN
# 2  A2  B2   K1   K0   C1   D1
# 3  A2  B2   K1   K0   C2   D2
# 4  A3  B3   K2   K1  NaN  NaN

res = pd.merge(left, right, on=['key1', 'key2'], how='right')
print(res)
#     A    B key1 key2   C   D
# 0   A0   B0   K0   K0  C0  D0
# 1   A2   B2   K1   K0  C1  D1
# 2   A2   B2   K1   K0  C2  D2
# 3  NaN  NaN   K2   K0  C3  D3

indicator=True会将合并的记录放在新的一列

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#定义资料集并打印出
df1 = pd.DataFrame({'col1':[0,1], 'col_left':['a','b']})
df2 = pd.DataFrame({'col1':[1,2,2],'col_right':[2,2,2]})

print(df1)
#   col1 col_left
# 0     0        a
# 1     1        b

print(df2)
#   col1  col_right
# 0     1          2
# 1     2          2
# 2     2          2

# 依据col1进行合并，并启用indicator=True，最后打印出
res = pd.merge(df1, df2, on='col1', how='outer', indicator=True)
print(res)
#   col1 col_left  col_right      _merge
# 0   0.0        a        NaN   left_only
# 1   1.0        b        2.0        both
# 2   2.0      NaN        2.0  right_only
# 3   2.0      NaN        2.0  right_only

# 自定indicator column的名称，并打印出
res = pd.merge(df1, df2, on='col1', how='outer', indicator='indicator_column')
print(res)
#   col1 col_left  col_right indicator_column
# 0   0.0        a        NaN        left_only
# 1   1.0        b        2.0             both
# 2   2.0      NaN        2.0       right_only
# 3   2.0      NaN        2.0       right_only