详解Python利用Pandas和 NumPy 库来进行数据清洗

原创已于 2023-11-21 20:48:30 修改 · 644 阅读

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#python #pandas #numpy #计算机网络 #开发语言 #经验分享 #深度学习

于 2023-11-21 20:46:51 首次发布

本文详细介绍了如何使用Python的Pandas和NumPy库进行数据清洗，包括删除无用列、更改索引、整理数据字段、利用正则表达式和NumPy进行数据转换，以及应用apply函数等技巧。还提到了在数据预处理中的关键步骤和Python技术储备的学习资源。

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前言

前言

许多数据科学家认为获取和清理数据的初始步骤占工作的 80%，花费大量时间来清理数据集并将它们归结为可以使用的形式。

因此如果你是刚刚踏入这个领域或计划踏入这个领域，重要的是能够处理杂乱的数据，无论数据是否包含缺失值、不一致的格式、格式错误的记录还是无意义的异常值。

将利用 Python 的 Pandas和 NumPy 库来清理数据。

在这里插入图片描述

准备工作

导入模块后就开始正式的数据预处理吧。

import pandas as pd
import numpy as np

DataFrame 列的删除

通常会发现并非数据集中的所有数据类别都有用。例如可能有一个包含学生信息（姓名、年级、标准、父母姓名和地址）的数据集，但希望专注于分析学生成绩。在这种情况下地址或父母的姓名并不重要。保留这些不需要的数据将占用不必要的空间。

BL-Flickr-Images-Book.csv 数据操作。

df = pd.read\_csv('数据科学必备Pandas、NumPy进行数据清洗/BL-Flickr-Images-Book.csv')
df.head()

可以看到这些列是对 Edition Statement, Corporate Author, Corporate Contributors, Former owner, Engraver, Issuance type and Shelfmarks 没有任何信息帮助的，因此可以进行批量删除处理。

to\_drop\_column = \[ 'Edition Statement',
                   'Corporate Author',
                   'Corporate Contributors',
                   'Former owner',
                   'Engraver',
                   'Contributors',
                   'Issuance type',
                   'Shelfmarks'\]

df.drop(to\_drop\_column , inplace=True, axis=1)
df.head()

DataFrame 索引更改

Pandas 索引扩展了 NumPy 数组的功能，以允许更通用的切片和标记。在许多情况下，使用数据的唯一值标识字段作为其索引是有帮助的。

获取唯一标识符。

df\['Identifier'\].is\_unique
True

Identifier列替换索引列。

df = df.set\_index('Identifier')
df.head()

206 是索引的第一个标签，可以使用 df.iloc[0] 基于位置的索引访问。

DataFrame 数据字段整理

清理特定列并将它们转换为统一格式，以更好地理解数据集并强制保持一致性。

处理 Date of Publication 出版日期列，发现该数据列格式并不统一。

df.loc[1905:, ‘Date of Publication’].head(10)

Identifier
1905           1888
1929    1839, 38-54
2836           1897
2854           1865
2956        1860-63
2957           1873
3017           1866
3131           1899
4598           1814
4884           1820
Name: Date of Publication, dtype: object

我们可以使用正则表达式的方式直接提取连续的4个数字即可。

extr = df\['Date of Publication'\].str.extract(r'^(\\d{4})', expand=False)
extr.head()

Identifier
206    1879
216    1868
218    1869
472    1851
480    1857
Name: Date of Publication, dtype: object

最后获取数字字段列。

df\['Date of Publication'\] = pd.to\_numeric(extr)

str 方法与 NumPy 结合清理列

df[‘Date of Publication’].str 。此属性是一种在 Pandas 中访问快速字符串操作的方法，这些操作在很大程度上模仿了对原生 Python 字符串或编译的正则表达式的操作，例如 .split()、.replace() 和 .capitalize()。

要清理 Place of Publication 字段，我们可以将 Pandas 的 str 方法与 NumPy 的 np.where 函数结合起来，该函数基本上是 Excel 的 IF() 宏的矢量化形式。

np.where(condition, then, else)

在这里 condition 要么是一个类似数组的对象，要么是一个布尔掩码。 then 是如果条件评估为 True 时使用的值，否则是要使用的值。

本质上 .where() 获取用于条件的对象中的每个元素，检查该特定元素在条件上下文中的计算结果是否为 True，并返回一个包含 then 或 else 的 ndarray，具体取决于哪个适用。可以嵌套在复合 if-then 语句中，允许根据多个条件计算值.

处理 Place of Publication 出版地数据。

df\['Place of Publication'\].head(10)

Identifier
206                                  London
216                London; Virtue & Yorston
218                                  London
472                                  London
480                                  London
481                                  London
519                                  London
667     pp. 40. G. Bryan & Co: Oxford, 1898
874                                 London\]
1143                                 London
Name: Place of Publication, dtype: object

使用包含的方式提取需要的数据信息。

pub = df\['Place of Publication'\]
london = pub.str.contains('London')
london\[:5\]

Identifier
206    True
216    True
218    True
472    True
480    True
Name: Place of Publication, dtype: bool

也可以使用 np.where 处理。

df\['Place of Publication'\] = np.where(london, 'London',
                                      pub.str.replace('-', ' ')))

Identifier
206                     London
216                     London
218                     London
472                     London
480                     London
                  ...         
4158088                 London
4158128                  Derby
4159563                 London
4159587    Newcastle upon Tyne
4160339                 London
Name: Place of Publication, Length: 8287, dtype: object

apply 函数清理整个数据集

在某些情况下，将自定义函数应用于 DataFrame 的每个单元格或元素。 Pandas.apply() 方法类似于内置的 map() 函数，只是将函数应用于 DataFrame 中的所有元素。

例如将数据的发布日期进行处理成 xxxx 年的格式，就可以使用apply。

def clean\_date(text):
    try:
        return str(int(text)) + "年"
    except:
        return text

df\["new\_date"\] = df\["Date of Publication"\].apply(clean\_date)
df\["new\_date"\] 

Identifier
206        1879年
216        1868年
218        1869年
472        1851年
480        1857年
           ...  
4158088    1838年
4158128    1831年
4159563      NaN
4159587    1834年
4160339    1834年
Name: new\_date, Length: 8287, dtype: object

DataFrame 跳过行

olympics\_df = pd.read\_csv('数据科学必备Pandas、NumPy进行数据清洗/olympics.csv')
olympics\_df.head()

可以在读取数据时候添加参数跳过某些不要的行，比如索引 0 行。

olympics\_df = pd.read\_csv('数据科学必备Pandas、NumPy进行数据清洗/olympics.csv',header=1)
olympics\_df.head()

DataFrame 重命名列

new\_names =  {'Unnamed: 0': 'Country',
              '? Summer': 'Summer Olympics',
               '01 !': 'Gold',
              '02 !': 'Silver',
              '03 !': 'Bronze',
              '? Winter': 'Winter Olympics',
              '01 !.1': 'Gold.1',
              '02 !.1': 'Silver.1',
              '03 !.1': 'Bronze.1',
              '? Games': '# Games',
              '01 !.2': 'Gold.2',
              '02 !.2': 'Silver.2',
              '03 !.2': 'Bronze.2'}

olympics\_df.rename(columns=new\_names, inplace=True)

olympics\_df.head()