数据处理常用到的一些方法/drop_duplicates()/映射map()/replace()/rename()/分箱/过滤异常值/随机抽样take()/random.permutation()

最新推荐文章于 2025-07-07 15:01:10 发布

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本文深入探讨了Pandas库在数据处理方面的高级应用，包括如何使用drop_duplicates()函数去除重复数据，利用replace()、map()和rename()函数进行数据映射和索引替换，异常值检测与过滤的方法，以及排序和随机抽样的技巧。

1、删除重复元素
使用duplicated()函数检测重复的行，返回元素为布尔类型的Series对象，每个元素对应一行，如果该行不是第一次出现，则元素为True

import numpy as np
import pandas as pd
from pandas import Series,DataFrame
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline

创建数据集：

# color 0 :red；1：green；2：blue
df = DataFrame({'color':np.random.randint(0,3,size = 300),'num':np.random.randint(0,5,size = 300)})
df

#或者：

b=np.random.choice(['B','M'],size=(100,2))
b1=DataFrame(b,columns=['True','Predict'])
b1

# 计算True的总个数，即计算重复的总行数
df.duplicated().sum()
Out: 285
使用drop_duplicates()函数删除重复的行【inplace=True则会修改原数组】
df.drop_duplicates()

查看图片中的重复元素
img = plt.imread('./芝麻.jpg')
img.shape
Out: (662, 1000, 3)

# 这张图片总共有多少个像素呢？
# (红，绿，蓝)
662*1000
Out: 662000

# numpy没有去重的方法
img2 = img.reshape(-1,3)
img2
# img2 必须是转化成n行n列，比如reshape(-1,3)
df = DataFrame(img2,columns=['red','green','blue'])
df

# 总数据662000
# 非重复的像素，71526个 ,inplace=True则能修改原数组

Pandas之drop_duplicates：去除重复项

方法
DataFrame.drop_duplicates(subset=None, keep='first', inplace=False)
1
参数
这个drop_duplicate方法是对DataFrame格式的数据，去除特定列下面的重复行。返回DataFrame格式的数据。

方法
DataFrame.drop_duplicates(subset=None, keep='first', inplace=False)
1
参数
这个drop_duplicate方法是对DataFrame格式的数据，去除特定列下面的重复行。返回DataFrame格式的数据。

subset : column label or sequence of labels, optional 
用来指定特定的列，默认所有列
keep : {‘first’, ‘last’, False}, default ‘first’ 
删除重复项并保留第一次出现的项
inplace : boolean, default False 
是直接在原来数据上修改还是保留一个副本

df.drop_duplicates().shape
Out: (71526, 3)
【注意】如果使用pd.concat([df1,df2],axis = 1)生成新的DataFrame，新的df中columns相同，使用duplicate()和drop_duplicates()都会出问题

2. 映射
映射的含义：创建一个映射关系列表，把values元素和一个特定的标签或者字符串绑定

需要使用字典：

map = { 'label1':'value1', 'label2':'value2', ... }

包含三种操作：

replace()函数：替换元素
最重要：map()函数：新建一列
rename()函数：替换索引

1) replace()函数：替换元素
使用replace()函数，对values进行替换操作

定义数据集
df = DataFrame({'color':np.random.randint(0,3,size = 300),'num':np.random.randint(10,30,size = 300)})
df

首先定义一个字典
m = {0:'red',1:'green',2:'blue'}
调用.replace()
# replace方法，可将DataFrame中所有满足条件的数据，进行替换
df.replace(m)

replace还经常用来替换NaN元素
# 字典的key类型要一致
m = {0:'red',1:'green',2:'blue',1024:'purple',2048:'cyan'}

# 字典中映射关系，键值对，去DataFrame找数据，找到了就替换，没有找到，也不会报错
df.replace(m)
使用正则匹配替换：
数据集 data1 ——> 杂质：-数字\t

法①：遍历—> re.sub

import re
data1[0].map(lambda x: re.sub('.*\d+\\t','',x))
法②【一定要加上.str才能替换】：data1[0].str.replace

pd.DataFrame(data1[0].str.replace('.*?\d+?\\t ', '')) #用正则表达式修改数据

2) map()函数：新建一列
使用map()函数，由已有的列生成一个新列

适合处理某一单独的列。

仍然是新建一个字典

map()函数中可以使用lambda函数

transform()和map()类似

使用map()函数新建一个新列

新建数据集
df = DataFrame(np.random.randint(0,150,size = (10,3)),
columns=['Python','Math','En'],index=list('ABCDEFGHJK'))
df
map映射简单lambda函数

# df['Python']  10 个数据 迭代器
df['Java'] = df['Python'].map(lambda x : 2*x - 100)
df


f = lambda x : x*2 - 100
type(f)
Out: function
 
def fun(x):
    x*2 - 100    
type(fun)
Out: function
定义一个函数level，带入map函数：
def convert(x):
    if x >=130:
        return '优秀'
    elif x <130 and x >=100:
        return '良好'
    elif x < 100 and x >=80:
        return '中等'
    elif x < 80 and x >=60:
        return '及格'
    else:
        return '不及格'
 
df['Level'] = df['Python'].map(convert)
df

给某一列都加上某个数：法① df['Python'] += 10
# Python 这一列，老师出考题的时候，有一道题出错了，每个人Python加10分
df['Python'] += 10
df




给某一列都加上某个数：法② map(lambda x : x+10)
# map 这个方法，可以修改当前的列
df['Python'] = df['Python'].map(lambda x :x + 10)
df
分箱操作：
分箱、分块、分类——》

# 分箱，分类
# 葡萄品质0~10 
# 0~4 low
# 5~7 median
# 8~10 high

# 分箱，分类
# 葡萄品质0~10 
# 0~4 low
# 5~7 median
# 8~10 high
 
# 0 ~ 10 信用
# 0~3 low
# 4~ 6 median
# 7~10 high
 
# 根据这个人手机产生数据
def convert(x):
    if x >=140:
        return 150
    elif x < 140 and x >= 100:
        return 125
    elif x < 100 and x>=60:
        return 80
    else:
        return 0
 
df['Python'] = df['Python'].map(convert)
df

3) rename()函数：替换索引
新建数据集：
df = DataFrame(np.random.randint(0,150,size = (4,3)))
df

仍然是新建一个字典，使用rename()函数替换行索引
# 更改列标题【axis = 0 行】
m = {0:'张三',1:'李四',2:'王五',3:'小刘'}
df.rename(m,axis = 0,inplace=True)

# 更改行标题
m = {0:'Python',1:'Math',2:'En'}
df.rename(m,axis = 1,inplace=True)
df

3. 异常值检测和过滤

使用describe()函数查看每一列的描述性统计量

新建数据集
df = DataFrame(np.random.randn(10000,3),columns=list('ABC'))
df


检测异常值：① 求出每一列均值；② 异常值判断条件：大于5倍均值
# 过滤条件，大于5倍平均，异常
# 均值0.79，则大于3.95为异常值
df.abs().mean()
Out: 
A    0.798357
B    0.793909
C    0.789348
dtype: float64
 
# 找出各个属性的异常值
cond = df.abs() > 3.95
cond.sum()
Out:
A    2
B    2
C    0
dtype: int64
 
# 异常值总和
(cond.sum()).sum()
 
# 异常值总行数
cond.any(axis = 1).sum() 
Out: 4
 
# 以DataFrame形式展示存在异常值的行数
df[cond.any(axis = 1)]


展示满足要求的数据：

# 满足要求的数据
cond = df.abs() <=3.95
cond = cond.all(axis = 1)
df[cond]

使用std()函数可以求得DataFrame对象每一列的标准差；
根据每一列的标准差，对DataFrame元素进行过滤；
借助any()函数, 测试是否有True，有一个或以上返回True，反之返回False；
对每一列应用筛选条件,去除标准差太大的数据

3原则：如果数据服从正态分布，在3原则下，异常值被定义为一组测定值中与平均值的偏差超过3倍标准差的值。在正态分布的假设下，距离平均值3之外的值出现的概率为P（｜x-｜>3）≤0.003，属于极个别的小概率事件。

#平均值上下三倍标准差之间属于正常点
std=df.abs().std()
std
Out:
A    0.607076
B    0.598781
C    0.594652
dtype: float64
 
mean=df.abs().mean()
mean
Out:
A    0.798357
B    0.793909
C    0.789348
dtype: float64
 
low=mean-3*std
high=mean+3*std
display(low.mean(),high.mean())
Out:
-1.0066372280404017
2.5943795581659246
 
# 异常值 位于小于mean-3*std or 大于mean+3*std
low1=df.abs()<low.mean()
high1=df.abs() > high.mean()
low_high1=np.logical_or(low1,high1)
low_high1
 
# 显示异常值个数
df[low_high1.any(axis=1)].shape
Out: (259, 3)
# 过滤掉正常值，显示异常值
df[low_high1.any(axis=1)]
 
#平均值上下三倍标准差之间属于正常点
lowcond=df.abs()>low.mean()
highcond=df.abs() < high.mean()
low_high=np.logical_and(lowcond,highcond)
low_high
 
# 过滤异常值，满足条件 df.mean()-3*df.std() ~ df.mean()+3*df.std() 
df[low_high.all(axis=1)].shape
Out： (9741, 3)
 
df.shape
Out：(10000, 3)
259+9741=10000
新建数据集：身高、体重
手动创建异常值
判定异常值范围
过滤异常值
df =DataFrame(
    {'height':np.random.randint(150,200,1000),
    'weight':np.random.randint(50,90,size = 1000)})
df
 
# 创造异常值
# 每隔10个数据加一个300，比如第10个原本63，处理后变363，第20,30..一样
df['weight'][::10] +300
df
 
# 判定异常值范围：
# 体重的异常值：>300公斤
cond = df['weight'] < 300
 
# 异常值筛选：给定条件（数据不同，条件不一样，根据数据属性来做选择）
df[cond]

4. 排序及打乱下标随机排序
使用.take()函数排序，可以借助np.random.permutation()函数随机排序

df.take([100,300,210])

# 产生5个0-4的随机数
np.random.permutation(5)
Out: array([2, 0, 4, 3, 1])

# 产生1000个0-999的随机数
index = np.random.permutation(1000)
index
type(index)
Out: numpy.ndarray

# 使用产生的随机数作为下标排序显示数据
df.take(index)
另一种产生n个 0 ~ n-1 的随机数
# 产生1000个从0~999的升序数列
index = np.arange(1000)
index

# 打乱0~999的顺序数列
np.random.shuffle(index)
index
display(type(index),index)
Out： numpy.ndarray

# 使用随机打乱的数列作为下标显示数据
df.take(index)
随机抽样
当DataFrame规模足够大时，直接使用np.random.randint()函数，就配合take()函数实现随机抽样

df = DataFrame(np.random.randn(10000,3),columns=list('ABC'))
df

df.size
Out: 30000

ss=np.random.randint(0,10000,size = 100)
ss
Out:
array([4065, 9998, 4088, 2039, 4184, 1807, 1325, 1569, 6657, 2974, 3211,
2982, 8154, 7668, 6738, 7486, 4362, 105, 6373, 3119, 1261, 1648,
2962, 7112, 2243, 6014, 2211, 6357, 2032, 1761, 7664, 6734, 1882,
6126, 8942, 4872, 8935, 9207, 4533, 4558, 9922, 5127, 9340, 5148,
640, 8374, 5681, 1160, 325, 2469, 9823, 7114, 8228, 5019, 4217,
2901, 8420, 4888, 4274, 6595, 2289, 1446, 8035, 958, 736, 7005,
5490, 2752, 3260, 9686, 5241, 3165, 8381, 7885, 4582, 8015, 7215,
8430, 8921, 4957, 2419, 7912, 9510, 1614, 1102, 3070, 2390, 228,
3588, 829, 6808, 4883, 349, 1869, 2073, 1992, 9280, 1085, 5495,
5396])

DataFrame(ss)[0].unique().size
Out: 100

# 可以直接使用random.randint 产生的数据来做下标随机抽取数据
df.take(np.random.randint(0,10000,size = 100))