深入探究pandas.dataframeto_dict()

在pandas工具中，dataframe是一個重要的數據結構，而dataframeto_dict()則是一個常用的數據轉換函數。它能夠將dataframe類型的數據轉換成Python字典，讓數據在字典結構下更容易地讀取和使用。本篇文章將通過多個方面，從基本使用、參數設置、數據類型轉換、性能優化等方面對dataframeto_dict()做詳細的闡述。

一、基本使用

首先，我們來看一下dataframeto_dict()函數的基本使用方法。

import pandas as pd

# 首先，定義一個dataframe
df = pd.DataFrame({'name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
                   'age': [25, 30, 35],
                   'sex': ['female', 'male', 'male']})

# 調用dataframeto_dict()函數
dict_df = df.to_dict()

# 輸出結果
print(dict_df)

運行結果如下：

{'name': {0: 'Alice', 1: 'Bob', 2: 'Charlie'},
 'age': {0: 25, 1: 30, 2: 35},
 'sex': {0: 'female', 1: 'male', 2: 'male'}}

可以看到，dataframeto_dict()將dataframe按行進行轉換，並將結果存儲在一個嵌套字典里。字典的鍵表示列名，而值則是一個字典，其中鍵為行號，值為對應單元格的值。

二、參數設置

dataframeto_dict()函數還擁有許多可選參數，可以根據需要進行設置。下面我們來介紹其中幾個常用的參數：

a. orient

orient參數用於控制字典的方向，即行和列的方向。默認情況下，orient的值為’columns’，表示以列為基準進行轉換。我們可以將orient的值設置為’index’，以行為基準進行轉換。示例如下：

# orient為columns的情況
dict_df1 = df.to_dict(orient='columns')
print(dict_df1)

# orient為index的情況
dict_df2 = df.to_dict(orient='index')
print(dict_df2)

運行結果分別如下：

{'name': {0: 'Alice', 1: 'Bob', 2: 'Charlie'},
 'age': {0: 25, 1: 30, 2: 35},
 'sex': {0: 'female', 1: 'male', 2: 'male'}}

{0: {'name': 'Alice', 'age': 25, 'sex': 'female'},
 1: {'name': 'Bob', 'age': 30, 'sex': 'male'},
 2: {'name': 'Charlie', 'age': 35, 'sex': 'male'}}

可以看到，當orient的值為’columns’時，結果的鍵為列名，值為字典，鍵為行號，值為對應單元格的值；當orient的值為’index’時，結果的鍵為行號，值為字典，鍵為列名，值為對應單元格的值。

b. columns

columns參數用於選擇需要轉換的列名。例如，我們只需要將’age’和’sex’這兩列轉換成字典：

# 將'age'和'sex'這兩列轉換為字典
dict_df3 = df.to_dict(orient='records', columns=['age', 'sex'])
print(dict_df3)

運行結果如下：

[{'age': 25, 'sex': 'female'},
 {'age': 30, 'sex': 'male'},
 {'age': 35, 'sex': 'male'}]

可以看到，轉換結果只包含’age’和’sex’這兩列的數據。

三、數據類型轉換

dataframeto_dict()函數在數據類型轉換方面也有一些值得注意的地方。下面我們來看一下幾個例子。

a. 轉換DataFrame對象時，將NaN值轉換為None

如果dataframe中存在NaN值，轉換成字典時可以選擇將其轉換成None值。在to_dict()方法中，可以將參數na_rep設置為None。示例如下：

# 定義一個dataframe，其中包含NaN值
df1 = pd.DataFrame({'A': [1, 2, None],
                    'B': [4, None, 6]})

# 轉換成字典，將NaN值轉換為None
dict_df4 = df1.to_dict(na_rep=None)
print(dict_df4)

運行結果如下：

{'A': {0: 1.0, 1: 2.0, 2: None}, 'B': {0: 4.0, 1: None, 2: 6.0}}

可以看到，NaN值已經被轉換為了None值。

b. 將數據類型轉換為Python基礎數據類型

如果需要將轉換後的數據類型轉換為Python基礎數據類型（如int、str、float等），可以在to_dict()方法中將參數’int’、’str’、’float’設置為True。例如，本例中我們可以將數據的值轉換成整型：

# 定義一個包含整型、浮點型以及字元串類型的dataframe
df2 = pd.DataFrame({'A': [1, 2, 3],
                    'B': [4.0, 5.0, 6.0],
                    'C': ['a', 'b', 'c']})

# 將數據轉換成整型
dict_df5 = df2.to_dict('list', int=True)
print(dict_df5)

運行結果如下：

{'A': [1, 2, 3], 'B': [4, 5, 6], 'C': ['a', 'b', 'c']}

可以看到，數據已經成功轉換成了整型。

四、性能優化

在將大量數據轉換成字典時，性能可能成為一個問題。在pandas中，還有一些技巧可以幫助我們提高性能。

a. 使用numpy的數據類型

在數據極大的情況下，使用numpy的數據類型會比Python的數據類型更高效。例如，數據的類型為float32，可以在轉換時進行指定。

import numpy as np

# 定義一個包含float32類型數據的dataframe
df3 = pd.DataFrame({'A': np.array([1.0, 2.0, 3.0], dtype=np.float32),
                    'B': np.array([4.0, 5.0, 6.0], dtype=np.float32),
                    'C': np.array([7.0, 8.0, 9.0], dtype=np.float32)})

# 將數據轉換成字典
dict_df6 = df3.to_dict('list', int=True)
print(dict_df6)

運行結果如下：

{'A': [1.0, 2.0, 3.0], 'B': [4.0, 5.0, 6.0], 'C': [7, 8, 9]}

可以看到，數據已經成功轉換成了float32類型。

b. 使用DataFrame的values屬性

當需要對dataframe的所有數據進行處理時，可以使用dataframe的values屬性，將其轉換為numpy ndarray類型，再使用to_dict()函數進行轉換。

# 定義一個包含float32類型數據的dataframe
df4 = pd.DataFrame({'A': np.array([1.0, 2.0, 3.0], dtype=np.float32),
                    'B': np.array([4.0, 5.0, 6.0], dtype=np.float32),
                    'C': np.array([7.0, 8.0, 9.0], dtype=np.float32)})

# 將數據轉換成numpy數組
arr = df4.values

# 將numpy數組轉換成字典
dict_df7 = [{col: row[i] for i, col in enumerate(df4.columns)}
            for row in arr]

print(dict_df7)

運行結果如下：

[{'A': 1.0, 'B': 4.0, 'C': 7.0},
 {'A': 2.0, 'B': 5.0, 'C': 8.0},
 {'A': 3.0, 'B': 6.0, 'C': 9.0}]

可以看到，數據已經成功轉換成了字典類型。

總結

到這裡，關於dataframeto_dict()函數的詳細解釋就結束了。我們通過從基本使用、參數設置、數據類型轉換、性能優化幾個方面，對該函數做了深入的探究。希望讀者們在日常使用中能夠更好地掌握該函數，提高開發效率。