针对SAS用户:Python数据分析库pandas
这篇文章是Randy Betancourt的用于SAS用户的快速入门中的一章。Randy编写这本指南,让SAS用户熟悉Python和Python的各种科学计算工具。
本文包括的主题:
导入包
读.csv文件
检查
处理缺失数据
缺失数据监测
缺失值替换
资源
pandas简介
本章介绍pandas库(或包)。pandas为 Python开发者提供高性能、易用的数据结构和数据分析工具。该包基于NumPy(发音‘numb pie’)中,一个基本的科学计算包,提供ndarray,一个用于数组运算的高性能对象。我们将说明一些有用的NumPy对象来作为说明pandas的方式。
对于数据分析任务,我们经常需要将不同的数据类型组合在一起。一个例子是使用频率和计数的字符串对分类数据进行分组,使用int和float作为连续值。此外,我们希望能够附加标签到列、透视数据等。
我们从介绍对象Series和DataFrame开始。可以认为Series是一个索引、一维数组、类似一列值。可以认为DataFrames是包含行和列的二维数组索引。好比Excel单元格按行和列位置寻址。
换句话说,DataFrame看起来很像SAS数据集(或关系表)。下表比较在SAS中发现的pandas组件。
第6章,理解索引中详细地介绍DataFrame和Series索引。
导入包
为了使用pandas对象, 或任何其它Python包的对象,我们开始按名称导入库到命名空间。为了避免重复键入完整地包名,对NumPy使用np的标准别名,对pandas使用pd。
可以认为Series是含标记的一维数组。这个结构包括用于定位数据键值的标签索引。Series 中的数据可以是任何数据类型。pandas数据类型的详情见这里。在SAS例子中,我们使用Data StepARRAYs类同于Series。
以创建一个含随机值的Series开始:
注意:索引从0开始。大部分SAS自动变量像_n_使用1作为索引开始位置。SAS迭代DO loop 0 to 9结合ARRAY产生一个数组下标超出范围错误。
下面的SAS例子,DO循环用于迭代数组元素来定位目标元素。
SAS中数组主要用于迭代处理如变量。SAS/IML更接近的模拟NumPy数组。但SAS/IML 在这些示例的范围之外。
一个Series可以有一个索引标签列表。
Series由整数值索引,并且起始位置是0。
SAS示例使用一个DO循环做为索引下标插入数组。
返回Series中的前3个元素。
该示例有2个操作。s2.mean()方法计算平均值,随后一个布尔测试小于计算出的平均值。
Series和其它有属性的对象,它们使用点(.)操作符。.name是Series对象很多属性中的一个。
如前所述,DataFrames是带有标签的关系式结构。此外,一个单列的DataFrame是一个Series。
像SAS一样,DataFrames有不同的方法来创建。可以通过加载其它Python对象的值创建DataFrames。数据值也可以从一系列非Python输入资源加载,包括.csv文件、DBMS表、网络API、甚至是SAS数据集(.sas7bdat)等等。具体细节讨论见第11章— pandas Readers。
从读取UK_Accidents.csv文件开始。该文件包括从2015年1月1日到2015年12月31日香港的车辆事故数据。.csv文件位于这里。
一年中的每一天都有很多报告, 其中的值大多是整数。另一个.CSV文件在这里,将值映射到描述性标签。
读.csv文件
在下面的示例中使用默认值。pandas为许多读者提供控制缺失值、日期解析、跳行、数据类型映射等参数。这些参数类似于SAS的INFILE/INPUT处理。
注意额外的反斜杠\来规范化Windows路径名。
PROC IMPORT用于读取同一个.csv文件。它是SAS读.csv文件的几个方法之一。这里我们采用默认值。
与SAS不同,Python解释器正常执行时主要是静默的。调试时,调用方法和函数返回有关这些对象的信息很有用。这有点类似于在SAS日志中使用PUT来检查变量值。
下面显示了size、shape和ndim属性(分别对应于,单元格个数、行/列、维数)。
读校验
读取一个文件后,常常想了解它的内容和结构。.info()方法返回DataFrame的属性描述。
在SASPROC CONTENTS的输出中,通常会发现同样的信息。
检查
pandas有用于检查数据值的方法。DataFrame的.head()方法默认显示前5行。.tail()方法默认显示最后5行。行计数值可以是任意整数值,如:
SAS使用FIRSTOBS和OBS选项按照程序来确定输入观察数。SAS代码打印uk_accidents数据集的最后20个观察数:
5 rows × 27 columns
OBS=n在SAS中确定用于输入的观察数。
PROC PRINT的输出在此处不显示。
下面的单元格显示的是范围按列的输出。列列表类似于PROCPRINT中的VAR。注意此语法的双方括号。这个例子展示了按列标签切片。按行切片也可以。方括号[]是切片操作符。这里解释细节。
注意DataFrame的默认索引(从0增加到9)。这类似于SAS中的自动变量n。随后,我们使用DataFram中的其它列作为索引说明这。
下面是SAS程序打印一个带Sec_of_Driver和Time变量的数据集的前10个观察数。
PROC PRINT的输出在此处不显示。
处理缺失数据
在分析数据之前,一项常见的任务是处理缺失数据。Pandas使用两种设计来表示缺失数据,NaN(非数值)和PythonNone对象。
下面的单元格使用PythonNone对象代表数组中的缺失值。相应地,Python推断出数组的数据类型是对象。可惜的是,对一个聚合函数使用PythonNone对象引发一个异常。
为了减轻上述错误的发生,在下面的数组例子中使用np.nan(缺失数据指示符)。也要注意Python如何为数组选择浮点数(或向上转型)。
并不是所有使用NaN的算数运算的结果是NaN。
对比上面单元格中的Python程序,使用SAS计算数组元素的平均值如下。SAS排除缺失值,并且利用剩余数组元素来计算平均值。
缺失值的识别
回到DataFrame,我们需要分析所有列的缺失值。Pandas提供四种检测和替换缺失值的方法。它们是:
下面我们将详细地研究每个方法。
解决缺失数据分析的典型SAS编程方法是,编写一个程序使用计数器变量遍历所有列,并使用IF/THEN测试缺失值。
这可以沿着下面的输出单元格中的示例行。df.columns返回DataFrame中的列名称序列。
虽然这给出了期望的结果,但是有更好的方法。
另外,如果你发现自己想使用迭代处理来解决一个pandas操作(或Python),停下来,花一点时间做研究。可能方法或函数已经存在!
案例如下所示。它将.sum()属性链接到.isnull()属性来返回DataFrame中列的缺失值的计数。
.isnull()方法对缺失值返回True。通过将.sum()方法链接到.isnull()方法,它会生成每个列的缺失值的计数。
为了识别缺失值,下面的SAS示例使用PROC格式来填充缺失和非缺失值。缺失值对于数值默认用(.)表示,而字符串变量用空白(‘ ‘)表示。因此,两种类型都需要用户定义的格式。
PROC FREQ与自变量_CHARACTER_和_NUMERIC_一起使用,为每个变量类型生成频率列表。
由于为每个变量产生单独的输出,因此仅显示SAS输出的一部分。与上面的Pythonfor循环示例一样,变量time是唯一有缺失值的变量。
用于检测缺失值的另一种方法是通过对链接属性.isnull().any()使用axis=1参数逐列进行搜索。
5 rows × 27 columns
缺失值替换
下面的代码用于并排呈现多个对象。它来自Jake VanderPlas的使用数据的基本工具。它显示对象更改“前”和“后”的效果。
为了说明.fillna()方法,请考虑用以下内容来创建DataFrame。
默认情况下,.dropna()方法删除其中找到任何空值的整个行或列。
.dropna()方法也适用于列轴。axis = 1和axis = "columns"是等价的。
显然,这会丢弃大量的“好”数据。thresh参数允许您指定要为行或列保留的最小非空值。在这种情况下,行"d"被删除,因为它只包含3个非空值。
可以插入或替换缺失值,而不是删除行和列。.fillna()方法返回替换空值的Series或DataFrame。下面的示例将所有NaN替换为零。
正如你可以从上面的单元格中的示例看到的,.fillna()函数应用于所有的DataFrame单元格。我们可能不希望将df["col2"]中的缺失值值替换为零,因为它们是字符串。该方法应用于使用.loc方法的目标列列表。第05章–了解索引中讨论了.loc方法的详细信息。
基于df["col6"]的平均值的填补方法如下所示。.fillna()方法查找,然后用此计算值替换所有出现的NaN。
相应的SAS程序如下所示。PROC SQL SELECT INTO子句将变量col6的计算平均值存储到宏变量&col6_mean中。这之后是一个数据步骤,为col3 - col5迭代数组x ,并用&col6_mean替换缺失值。
SAS/Stat具有用于使用这里描述的一系列方法来估计缺失值的PROC MI。PROC MI在这些示例的范围之外。
.fillna(method="ffill")是一种“前向”填充方法。NaN被上面的“下”列替换为相邻单元格。下面的单元格将上面创建的DataFramedf2与使用“前向”填充方法创建的数据框架df9进行对比。
类似地,.fillna(bfill)是一种“后向”填充方法。NaN被上面的“上”列替换为相邻单元格。下面的单元格将上面创建的DataFramedf2与使用“后向”填充方法创建的数据框架df10进行对比。
下面我们对比使用‘前向’填充方法创建的DataFramedf9,和使用‘后向’填充方法创建的DataFramedf10。
在删除缺失行之前,计算在事故DataFrame中丢失的记录部分,创建于上面的df。
DataFrame中的24个记录将被删除。记录删除部分为0.009%
除了错误的情况,.dropna()是函数是静默的。我们可以在应用该方法后验证DataFrame的shape。
资源
来源于pandas.pydata.org的10 分钟了解pandas。
教程, 并且在这个链接下面是pandas Cookbook的链接,来自pandas.pydata.org的pandas 0.19.1文档。
pandas Python数据分析库的主页。
Python数据科学手册,使用数据工作的基本工具,作者Jake VanderPlas。
pandas:Python中的数据处理和分析,来自2013 BYU MCL Bootcamp文档。
Greg Reda的介绍pandas数据结构。这是一个三部分系列使用Movie Lens数据集很好地说明pandas。
备忘单:Mark Graph的pandas DataFrame对象,并且位于爱达荷大学的网站。
使用pandas 0.19.1文档处理缺失数据。
读这本书
这篇文章是Randy Betancourt的Python SAS用户快速入门指南的摘录。查看完整的章节列表。
关于Randy
Randy Betancourt曾在SAS研究所和国际分析研究所担任过多个客户和执行官角色。公司执行面临角色度过他的职业生涯。从技术架构师开始,最近担任顾问,他建议企业领导如何培养和成本有效地管理他们的分析资源组合。最近,这些讨论和努力集中于现代化战略,鉴于行业创新的增长。
数据分析咨询请扫描二维码
数据分析师的工作内容涉及多个方面,主要包括数据的收集、整理、分析和可视化,以支持商业决策和问题解决。以下是数据分析师的一 ...
2024-11-21数据分析师必须掌握的技能可以从多个方面进行归纳和总结。以下是数据分析师需要具备的主要技能: 统计学基础:数据分析师需要 ...
2024-11-21数据分析入门的难易程度因人而异,总体来看,入门并不算特别困难,但需要一定的学习和实践积累。 入门难度:数据分析入门相对 ...
2024-11-21数据分析是一项通过收集、整理和解释数据来发现有用信息的过程,它在现代社会中具有广泛的应用和重要性。数据分析能够帮助人们更 ...
2024-11-21数据分析行业正在迅速发展,随着技术的不断进步和数据量的爆炸式增长,企业对数据分析人才的需求也与日俱增。本文将探讨数据分析 ...
2024-11-21数据分析的常用方法包括多种技术,每种方法都有其特定的应用场景和优势。以下是几种常见的数据分析方法: 对比分析法:通过比 ...
2024-11-21企业数字化转型是指企业利用数字技术对其业务进行改造和升级,以实现提高效率、降低成本、创新业务模式等目标的过程。这一过程不 ...
2024-11-21数据分析作为一个备受追捧的职业领域,吸引着越来越多的女性加入其中。对于女生而言,在选择成为一名数据分析师时,行业选择至关 ...
2024-11-21大数据技术专业主要学习计算机科学、数学、统计学和信息技术等领域的基础理论和技能,旨在培养具备大数据处理、分析和应用能力的 ...
2024-11-21《Python数据分析极简入门》 第2节 3 Pandas数据查看 这里我们创建一个DataFrame命名为df: importnumpyasnpi ...
2024-11-21越老越吃香的行业主要集中在需要长时间经验积累和专业知识的领域。这些行业通常知识更新换代较慢,因此随着年龄的增长,从业者能 ...
2024-11-20数据导入 使用pandas库的read_csv()函数读取CSV文件或使用read_excel()函数读取Excel文件。 支持处理不同格式数据,可指定分隔 ...
2024-11-20大数据与会计专业是一门结合了大数据分析技术和会计财务理论知识的新型复合型学科,旨在培养能够适应现代会计业务新特征的高层次 ...
2024-11-20要成为一名数据分析师,需要掌握一系列硬技能和软技能。以下是成为数据分析师所需的关键技能: 统计学基础 理解基本的统计概念 ...
2024-11-20是的,Python可以用于数据分析。Python在数据分析领域非常流行,因为它拥有丰富的库和工具,能够高效地处理从数据清洗到可视化的 ...
2024-11-20在这个数据驱动的时代,数据分析师的角色变得愈发不可或缺。他们承担着帮助企业从数据中提取有价值信息的责任,而这些信息可以大 ...
2024-11-20数据分析作为现代信息时代的支柱之一,已经成为各行业不可或缺的工具。无论是在商业、科研还是日常决策中,数据分析都扮演着至关 ...
2024-11-20数字化转型已成为当今商业世界的热点话题。它不仅代表着技术的提升,还涉及企业业务流程、组织结构和文化的深层次变革。理解数字 ...
2024-11-20在现代社会的快速变迁中,选择一个具有长期增长潜力的行业显得至关重要。了解未来发展前景好的行业不仅能帮助我们进行职业选择, ...
2024-11-20统计学专业的就业方向和前景非常广泛且充满机遇。随着大数据、人工智能等技术的快速发展,统计学的重要性进一步凸显,相关人才的 ...
2024-11-20