【Python】进阶学习：pandas--groupby()用法详解

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📊【Python】进阶学习：pandas–groupby()用法详解

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  👋 欢迎来到Python进阶学习之旅！今天，我们将深入探讨pandas库中非常强大的groupby()函数。groupby()函数在数据分析和数据清洗中发挥着关键作用，能够帮助我们轻松地对数据进行分组、聚合和转换。

🤔 一、为什么需要groupby()？

  在处理大量数据时，我们经常需要按照某个或多个特征对数据进行分组，以便更好地理解数据的结构和关系。例如，我们可能希望按照年份、地区或产品类别对数据进行分组，并对每个组进行聚合运算，如求和、平均值、最大值等。这时，groupby()函数就显得非常有用。

🎯 二、groupby()的基本用法

  首先，我们需要导入pandas库，并创建一个示例数据集。然后，我们可以使用groupby()函数按照指定的列对数据进行分组。

import numpy as np
import pandas as pd

# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')


# 打印分组后的GroupBy对象
print(grouped)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x000002B2C070B8E0>

  上述代码将按照列’A’的值对DataFrame进行分组，并返回一个GroupBy对象。我们可以进一步对这个对象进行聚合运算。

📈 三、聚合运算

  GroupBy对象提供了多种聚合函数，如sum()、mean()、max()等。我们可以使用这些函数对每个组进行聚合运算。

import numpy as np
import pandas as pd

# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')

# 打印分组后的对象
print(grouped)

# 计算每个组的平均值
mean_grouped = grouped.mean()
print(mean_grouped)

# 计算每个组的总和
sum_grouped = grouped.sum()
print(sum_grouped)

输出：

            C         D
A                      
bar  0.658173 -0.225388
foo  0.778100 -0.164148
           C         D
A                     
bar  1.97452 -0.676164
foo  3.89050 -0.820740

  除了内置的聚合函数外，我们还可以使用agg()函数应用自定义的聚合函数。例如，我们可以计算每个组的标准差：

import numpy as np
import pandas as pd

# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')

# 打印分组后的对象
print(grouped)

# 计算每个组的标准差
std_grouped = grouped.agg(np.std)
print(std_grouped)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x000002B2F480B880>
            C         D
A                      
bar  0.101229  0.274698
foo  0.996597  0.812362

🛠️ 四、高级用法与技巧

  除了基本的分组和聚合操作外，groupby()还提供了许多高级功能，如应用自定义函数、转换数据等。

🔧 应用自定义函数

  我们可以使用apply()方法应用自定义函数到每个组。例如，我们可以定义一个函数来计算每个组的最大值和最小值之差：

import numpy as np
import pandas as pd

# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')

# 打印分组后的对象
print(grouped)

# 定义一个自定义函数，计算每个组的最大值和最小值之差
def range_diff(group):
    return group.max() - group.min()

# 使用apply()应用自定义函数
diff_grouped = grouped.apply(range_diff)
print(diff_grouped)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x000002ACBD83AA60>
            C         D
A                      
bar  2.497695  1.086924
foo  2.826518  2.063781

🔄 数据转换

  groupby()还提供了transform()方法，用于将聚合运算的结果广播到原始数据的每一行。这在数据转换中非常有用。

import numpy as np
import pandas as pd

# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')

# 打印分组后的对象
print(grouped)

# 使用transform()方法将每个组的平均值广播到原始数据的每一行
mean_transformed = grouped['C'].transform('mean')
print(mean_transformed)

# 将转换后的平均值添加到原始DataFrame中
df['C_mean'] = mean_transformed
print(df)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x00000188A56DA8E0>
0    0.344876
1   -1.358760
2    0.344876
3   -1.358760
4    0.344876
5   -1.358760
6    0.344876
7    0.344876
Name: C, dtype: float64
     A         C         D    C_mean
0  foo  0.783914 -1.027288  0.344876
1  bar -2.072893 -0.972087 -1.358760
2  foo  0.035637 -0.315908  0.344876
3  bar -1.953068  0.409697 -1.358760
4  foo  0.576048 -0.258289  0.344876
5  bar -0.050318 -1.115734 -1.358760
6  foo  0.093456  0.106227  0.344876
7  foo  0.235322  1.365150  0.344876

🔍 过滤数据

  除了聚合和转换外，我们还可以使用filter()方法根据条件过滤出满足条件的组。

import numpy as np
import pandas as pd

# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')

# 打印分组后的对象
print(grouped)

# 使用filter()方法过滤出满足条件的组（例如，组的大小大于3）
filtered_groups = grouped.filter(lambda x: len(x) > 3)
print(filtered_groups)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x0000015ADE2FA940>
     A         C         D
0  foo  1.967217  0.005976
2  foo  0.950149  0.098143
4  foo  0.568101  1.461587
6  foo -1.905337 -1.106591
7  foo -0.168686  0.692850

🛠️ 五、实际案例应用

  最后，让我们通过一个实际案例来演示如何应用groupby()函数进行数据分析和清洗。

  假设我们有一个包含销售数据的DataFrame，其中包含日期、地区、产品名称、销售额等列。我们希望按地区和产品名称对数据进行分组，并计算每个组的总销售额。

import numpy as np
import pandas as pd

# 创建一个包含销售数据的DataFrame
sales_data = {
    'date': pd.date_range(start='2023-01-01', periods=100),
    'region': np.random.choice(['North', 'South', 'East', 'West'], size=100),
    'product': np.random.choice(['Product A', 'Product B', 'Product C'], size=100),
    'sales': np.random.rand(100) * 1000
}
df_sales = pd.DataFrame(sales_data)

# 按地区和产品名称对数据进行分组，并计算总销售额
grouped_sales = df_sales.groupby(['region', 'product'])['sales'].sum().reset_index()

# 打印分组后的销售额
print(grouped_sales)

输出：

   region    product        sales
0    East  Product A  2728.679432
1    East  Product B  1847.966730
2    East  Product C  4518.356763
3   North  Product A  5882.374531
4   North  Product B  5519.364196
5   North  Product C  4229.953852
6   South  Product A  5303.784425
7   South  Product B  2321.080682
8   South  Product C  4239.002167
9    West  Product A  1689.650513
10   West  Product B  4002.790867
11   West  Product C  4894.553548

  在这个案例中，我们首先创建了一个包含销售数据的DataFrame。然后，我们使用groupby()函数按地区和产品名称对数据进行分组，并使用sum()函数计算每个组的总销售额。最后，我们使用reset_index()函数将结果转换为一个新的DataFrame，并打印出来。

🎉 六、总结

  groupby()函数是pandas库中一个非常强大的工具，它允许我们按照一个或多个特征对数据进行分组，并对每个组进行聚合、转换和过滤操作。通过熟练掌握groupby()函数的用法，我们可以更高效地处理和分析大量数据，从而洞察数据的内在结构和关系。希望这篇博客能够帮助你更好地理解和应用groupby()函数！

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