python/pandas数据挖掘（十四）-groupby,聚合，分组级运算

2022-05-16 09:47:58

groupby

import pandas as pd
df = pd.DataFrame({'key1':list('aabba'),
                  'key2': ['one','two','one','two','one'],
                  'data1': np.random.randn(5),
                  'data2': np.random.randn(5)})
df

grouped=df['data1'].groupby(df['key1'])
grouped.mean()

以上的分组键均为Series，实际上分组键可以是任何长度适当的数组

states=np.array(['Ohio','California','California','Ohio','Ohio'])
years=np.array([2005,2005,2006,2005,2006])
df['data1'].groupby([states,years]).mean()

df.groupby('key1').mean()

可以看出没有key2列，因为df[‘key2’]不是数值数据，所以被从结果中移除。默认情况下，所有数值列都会被聚合，虽然有时可能被过滤为一个子集。

对分组进行迭代

for name, group in df.groupby('key1'):
        print (name)
        print (group)

可以看出name就是groupby中的key1的值，group就是要输出的内容。
同理：

for (k1,k2),group in df.groupby(['key1','key2']):
    print ('===k1,k2:')
    print (k1,k2)
    print ('===k3:')
    print (group)

对group by后的内容进行操作，如转换成字典

piece=dict(list(df.groupby('key1')))
piece

{'a':       data1     data2 key1 key2
 0 -0.233405 -0.756316    a  one
 1 -0.232103 -0.095894    a  two
 4  1.056224  0.736629    a  one, 'b':       data1     data2 key1 key2
 2  0.200875  0.598282    b  one
 3 -1.437782  0.107547    b  two}


piece['a']

groupby默认是在axis=0上进行分组的，通过设置也可以在其他任何轴上进行分组.

grouped=df.groupby(df.dtypes, axis=1)
dict(list(grouped))

{dtype('float64'):       data1     data2
 0 -0.233405 -0.756316
 1 -0.232103 -0.095894
 2  0.200875  0.598282
 3 -1.437782  0.107547
 4  1.056224  0.736629, dtype('O'):   key1 key2
 0    a  one
 1    a  two
 2    b  one
 3    b  two
 4    a  one

选取一个或者一组列

对于大数据，很多情况是只需要对部分列进行聚合

df.groupby(['key1','key2'])[['data2']].mean()

通过字典或者series进行分组

people=pd.DataFrame(np.random.randn(5,5),
                   columns=list('abcde'),
                   index=['Joe','Steve','Wes','Jim','Travis'])

people.ix[2:3,['b','c']]=np.nan #设置几个nan
people

已知列的分组关系

mapping={'a':'red','b':'red','c':'blue','d':'blue','e':'red','f':'orange'}

by_column=people.groupby(mapping,axis=1)

by_column.sum()

如果不加axis=1, 则只会出现 a b c d e

Series 也一样

map_series=pd.Series(mapping)
map_series

a       red
b       red
c      blue
d      blue
e       red
f    orange
dtype: object

people.groupby(map_series,axis=1).count()

通过函数进行分组

相较于dic或者Series，python函数在定义分组关系映射时更有创意。任何被当做分组键的函数都会在各个索引上被调用一次，其返回值就会被用作分组名称。假设你按人名的长度进行分组，仅仅传入len即可


people.groupby(len).sum() a b c d e 3 -1.308709 -2.353354 1.585584 2.908360 -1.267162 5 -0.688506 -0.187575 -0.048742 1.491272 -0.636704 6 0.110028 -0.932493 1.343791 -1.928363 -0.364745

将函数和数组、列表、字典、Series混合使用也不是问题，因为任何东西都会最终转换为数组

 key_list=['one','one','one','two','two'] people.groupby([len,key_list]).sum()

根据索引级别进行分组

层次化索引最方便的地方就在于他能够根据索引级别进行聚合。要实现该目的，通过level关键字出入级别编号或者名称即可:

columns=pd.MultiIndex.from_arrays([['US','US','US','JP','JP'],[1,3,5,1,3]],names=['cty','tenor'])
hier_df=pd.DataFrame(np.random.randn(4,5),columns=columns)
hier_df

hier_df.groupby(level='cty',axis=1).count()

数据聚合

调用自定义的聚合函数

面向列的多函数应用

对Series或者DataFrame列的聚合运算实际是使用aggregate或者调用mean，std等方法。下面我们想对不同的列使用不同的聚合函数，或者一次应用多个函数

grouped=tips.groupby(['sex','smoker'])
grouped_pct=grouped['tip_pct'] #tip_pct列
grouped_pct.agg('mean')#对与9-1图标中描述的统计，可以将函数名直接以字符串传入

#如果传入一组函数，得到的df的列名就会以相应的函数命名

自动给出的列名辨识度低，如果传入的是(name, function)元组组成的列表，则各个元组的第一个元素将被用作df的列名

对于df，可以定义一组用于全部列的函数,或在不同的列应用不同的函数

如果想对不同的列应用不同的函数, 具体的办法是想agg传入一个从列名映射到函数的字典

只有将多个函数应用到至少一列时，df才能拥有层次化的列

分组级运算和转换

聚合只是分组运算的一种，它是数据转换的特列。transform 和apply更牛叉.

transform会将一个函数应用到各个分组，然后将结果放在适当的位置. 如果各分组产生的标量值，则该标量值会被广播出去。

transform也是有严格条件的特殊函数：传入的函数只能产生两种结果，要么产生一个可以广播的标量值(如：np.mean), 要么产生一个相同大小的结果数组。

people=pd.DataFrame(np.random.randn(5,5),
                   columns=list('abcde'),
                   index=['Joe','Steve','Wes','Jim','Travis'])
people

key=['one','two','one','two','one']
people.groupby(key).mean()

people.groupby(key).transform(np.mean)

可以看到有很多与表2一样的值。

def demean(arr):
    return arr-arr.mean()

demeaned=people.groupby(key).transform(demean)
demeaned

demeaned.groupby(key).mean()

最一般化的groupby 方法是apply.

tips=pd.read_csv('C:\\Users\\ecaoyng\\Desktop\\work space\\Python\\py_for_analysis_code\\pydata-book-master\\ch08\\tips.csv')
tips[:5]

新生成一列

tips['tip_pct']=tips['tip']/tips['total_bill']
tips[:6]

根据分组选出最高的5个tip_pct值

def top(df,n=5,column='tip_pct'):
    return df.sort_index(by=column)[-n:]
top(tips,n=6)

对smoker分组并应用该函数

tips.groupby('smoker').apply(top)

多参数版本

tips.groupby(['smoker','day']).apply(top,n=1,column='total_bill')

分位数和桶分析

cut and qcut与groupby结合起来，能轻松的对数据集的桶(bucket)或者分位数(quantile)分析。

frame=pd.DataFrame({'data1':np.random.randn(1000),
                   'data2': np.random.randn(1000)})
frame[:5]

factor=pd.cut(frame.data1,4)
factor[:10]

0    (0.281, 2.00374]
1    (0.281, 2.00374]
2    (-3.172, -1.442]
3     (-1.442, 0.281]
4    (0.281, 2.00374]
5    (0.281, 2.00374]
6     (-1.442, 0.281]
7     (-1.442, 0.281]
8     (-1.442, 0.281]
9     (-1.442, 0.281]
Name: data1, dtype: category
Categories (4, object): [(-3.172, -1.442] < (-1.442, 0.281] < (0.281, 2.00374] < (2.00374, 3.727]]

def get_stats(group):
    return {'min':group.min(),'max':group.max(),'count':group.count(),'mean':group.mean()}
grouped=frame.data2.groupby(factor)
grouped.apply(get_stats).unstack()

这些都是长度相等的桶，要根据样本分为数得到大小相等的桶，使用qcut即可.

长度相等的桶：区间大小相等
大小相等的桶：数据点数量相等

grouping=pd.qcut(frame.data1,10,labels=False)#label=false即可值获取分位数的编号
grouped=frame.data2.groupby(grouping)
grouped.apply(get_stats).unstack()

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