數據分析利器：pandas

在數據分析領域，處理數據是基本工作之一。在Python中，pandas是一個常用的數據處理工具。pandas是基於NumPy數組構建的，常用於處理結構化數據，例如來自SQL資料庫或Excel電子表格的數據。

一、數據結構

pandas中的兩個基本數據結構是Series和DataFrame。

Series是一種類似於一維數組的對象，由一組數據（各種NumPy數據類型）和一組與之相關的數據標籤（即索引）組成。例如，可以通過一維數組創建Series對象，其中索引默認為數字0到N-1（N是數據長度）：

import pandas as pd
import numpy as np

data = np.array(['a', 'b', 'c', 'd'])
s = pd.Series(data)
print(s)

輸出：

0    a
1    b
2    c
3    d
dtype: object

DataFrame是一個二維表格型的數據結構。在激勵的數據分析工作中，我們通常會將數據讀取為DataFrame對象。DataFrame有行和列的索引，可以看作是由Series組成的字典。下面的示例展示了如何創建DataFrame對象：

import pandas as pd
import numpy as np

data = {'name': ['John', 'Bob', 'Alice'], 'age': [18, 22, 25]}
df = pd.DataFrame(data)
print(df)

輸出：

    name  age
0   John   18
1    Bob   22
2  Alice   25

二、數據操作

1.讀寫數據

pandas提供了讀寫各種常見數據格式的函數，例如CSV, Excel, SQL。讀取CSV文件的示例如下：

import pandas as pd

df = pd.read_csv('data.csv')
print(df.head(10))

同樣可以通過to_csv函數將數據寫入CSV文件：

import pandas as pd

df.to_csv('data.csv')

2.數據選擇與篩選

在pandas中，可以通過類似於NumPy的下標操作和標籤操作進行數據的選擇與篩選。

通過下標操作，可以選擇DataFrame中的某一列或某一行：

import pandas as pd
import numpy as np

data = {'name': ['John', 'Bob', 'Alice'], 'age': [18, 22, 25]}
df = pd.DataFrame(data)

# 選擇第一行
print(df.iloc[0])
# 選擇age列
print(df['age'])

通過標籤操作，可以選擇DataFrame中的行或列。例如，以下代碼選擇了第一行和第二列：

import pandas as pd
import numpy as np

data = {'name': ['John', 'Bob', 'Alice'], 'age': [18, 22, 25]}
df = pd.DataFrame(data)

print(df.loc[0, 'age'])

3.數據清洗

數據清洗是數據分析中非常重要的一個環節。pandas提供了豐富的函數來處理缺失值、重複值和異常值。

例如，以下代碼展示了如何檢測並刪除重複的數據：

import pandas as pd

df = pd.DataFrame({'name': ['John', 'Bob', 'Alice', 'Bob'], 'age': [18, 22, 25, 22]})
df.drop_duplicates(inplace=True)
print(df)

4.數據聚合與分組

數據聚合通常是在數據分析中進行數據統計和分析的重要環節。pandas提供了groupby函數來幫助我們實現數據聚合和分組。以下示例展示了如何按照類別進行數據分組，然後計算每個類別中價格的平均值：

import pandas as pd
import numpy as np

data = {'item': ['item1', 'item2', 'item3', 'item2', 'item1'], 
        'category': ['cat1', 'cat1', 'cat2', 'cat3', 'cat2'], 
        'price': [10, 20, 30, 40, 50]}
df = pd.DataFrame(data)

grouped = df.groupby('category')
print(grouped['price'].mean())

三、數據可視化

pandas可以與matplotlib一起使用，用於數據可視化。通過pandas提供的繪圖函數，可以輕鬆地繪製常見的圖表，例如線形圖、柱形圖、散點圖等。

以下示例展示了如何繪製一張折線圖：

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

data = np.random.randn(50).cumsum()
s = pd.Series(data)
s.plot()
plt.show()

輸出的圖表如下：


四、總結

pandas是Python中非常重要且常用的數據分析工具。它提供了豐富的數據結構、數據操作以及數據可視化函數，可以幫助我們完成數據分析中的大部分任務。在實際的數據分析工作中，熟練掌握pandas的使用，可以提高工作效率，也可以讓分析結果更準確。