Pandas Series 屬性方法彙總分析

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Pandas Series 是資料科學領域常用的資料結構，理解其屬性和方法對於高效的資料處理至關重要。本文將詳細介紹 Series 的各個導向，從基本屬性到進階方法，並提供實際案例說明。Series 的索引功能允許我們有效地存取和操作資料，而資料型別則決定了資料的儲存方式和可執行的運算。大小、形狀和維度屬性則提供了 Series 的結構資訊，方便我們進行資料的檢查和操作。此外，Series 的名稱屬性可以幫助我們更好地組織和管理資料。對於資料的特性分析，Series 提供了唯一性、非唯一元素數量和單調性等屬性，可以快速判斷資料的分佈情況和趨勢。理解這些屬性可以幫助我們更好地進行資料清洗、轉換和分析。

方法一：使用 lambda 函式

import pandas as pd

# 建立一個 Pandas Series
mypd_series = pd.Series([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])

# 使用 lambda 函式進行過濾
filtered_series = mypd_series.iloc[[i for i in range(mypd_series.size) if i % 2 == 0]]

print(filtered_series)

方法二：使用布林遮罩

import pandas as pd

# 建立一個 Pandas Series
mypd_series = pd.Series([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])

# 建立一個布林遮罩
mask = [True if i % 2 == 0 else False for i in range(mypd_series.size)]

# 使用布林遮罩進行過濾
filtered_series = mypd_series[mask]

print(filtered_series)

方法三：使用 Pandas 的條件索引

import pandas as pd

# 建立一個 Pandas Series
mypd_series = pd.Series([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])

# 使用 Pandas 的條件索引進行過濾
filtered_series = mypd_series[(mypd_series.index % 2) == 0]

print(filtered_series)

內容解密：

以上三種方法都可以用來從一個 Pandas Series 中選擇出索引為偶數的元素。方法一使用 lambda 函式來建立一個新的 Series，只包含索引為偶數的元素。方法二使用布林遮罩來過濾資料，方法三使用 Pandas 的條件索引來直接選擇出符合條件的元素。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[建立 Pandas Series] --> B[選擇過濾方法]
    B --> C[方法一: 使用 lambda 函式]
    B --> D[方法二: 使用布林遮罩]
    B --> E[方法三: 使用 Pandas 的條件索引]
    C --> F[過濾資料]
    D --> F
    E --> F
    F --> G[輸出過濾結果]

這個流程圖展示了三種不同的過濾方法，以及如何使用這些方法來從一個 Pandas Series 中選擇出索引為偶數的元素。

瞭解Pandas Series物件的屬性

Pandas Series物件是一種一維標籤資料結構，類別似於一維陣列，但帶有索引（axis labels）。下面我們來探討一些Pandas Series物件的有用屬性。

1. values 屬性

values 屬性傳回Series物件中包含的值。這些值可以是任何型別的資料，例如整數、浮點數、字串等。

2. index 屬性

index 屬性傳回Series物件的索引（axis labels）。索引是用來標籤每個資料點的。

3. dtype 屬性

dtype 屬性傳回Series物件中底層資料的資料型別。

4. size 屬性

size 屬性傳回Series物件中底層資料的元素數量。

5. shape 屬性

shape 屬性傳回Series物件中底層資料的形狀。對於Series物件，傳回的形狀是一個元組，包含Series物件中元素的數量。

6. ndim 屬性

ndim 屬性傳回Series物件中底層資料的維度數量。對於Series物件，維度數量始終為1。

7. name 屬性

name 屬性傳回Series物件的名稱。如果沒有提供名稱，則預設值為None。

8. is_unique 屬性

is_unique 屬性檢查Series物件中的值是否唯一。如果所有值都是唯一的，則傳回True；否則傳回False。

9. is_monotonic_increasing 和 is_monotonic_decreasing 屬性

這兩個屬性檢查Series物件中的值是否單調遞增或遞減。如果值單調遞增，則is_monotonic_increasing 傳回True；如果值單調遞減，則is_monotonic_decreasing 傳回True。

10. hasnans 屬性

hasnans 屬性檢查Series物件中是否包含NaN（Not a Number）值。如果包含NaN值，則傳回True；否則傳回False。

示例程式碼

以下程式碼示範瞭如何使用上述屬性：

import pandas as pd

# 建立一個Pandas Series物件
series = pd.Series(
    data=['Mango', 'Guava', 'Pear', 'Banana', 'Litchi'],
    index=[1, 2, 3, 4, 5],
    name='1-D data'
)

# 印出Series物件的值
print(series.values)
print(type(series.values))

# 印出Series物件的索引
print(series.index)

# 印出Series物件的資料型別
print(series.dtype)

# 印出Series物件的元素數量
print(series.size)

# 印出Series物件的形狀
print(series.shape)

# 印出Series物件的維度數量
print(series.ndim)

# 印出Series物件的名稱
print(series.name)

# 檢查Series物件中的值是否唯一
print(series.is_unique)

# 檢查Series物件中的值是否單調遞增或遞減
print(series.is_monotonic_increasing)
print(series.is_monotonic_decreasing)

# 檢查Series物件中是否包含NaN值
print(series.hasnans)

這個程式碼建立了一個Pandas Series物件，並示範瞭如何使用上述屬性來檢查和操作Series物件。

探索 Pandas Series 的屬性和方法

Pandas Series 是一個一維標籤資料結構，類別似於一列資料。下面，我們將探索一些 Pandas Series 的重要屬性和方法。

索引（Index）

索引是 Series 中每個元素的標籤。可以使用 index 屬性來存取索引。

print(mypd_series.index)

這將輸出 Series 的索引。

資料型別（Dtype）

資料型別是 Series 中元素的型別。可以使用 dtype 屬性來存取資料型別。

print(mypd_series.dtype)

這將輸出 Series 中元素的資料型別。

大小（Size）

大小是 Series 中元素的數量。可以使用 size 屬性來存取大小。

print(mypd_series.size)

這將輸出 Series 中元素的數量。

形狀（Shape）

形狀是 Series 的維度。由於 Series 是一維的，所以形狀始終是 (n,)，其中 n 是元素的數量。可以使用 shape 屬性來存取形狀。

print(mypd_series.shape)

這將輸出 Series 的形狀。

維度（Ndimm）

維度是 Series 的維度數。由於 Series 是一維的，所以維度始終是 1。可以使用 ndim 屬性來存取維度。

print(mypd_series.ndim)

這將輸出 Series 的維度數。

名稱（Name）

名稱是 Series 的名稱。可以使用 name 屬性來存取名稱。

print(mypd_series.name)

這將輸出 Series 的名稱。

唯一性（Is Unique）

唯一性是指 Series 中的元素是否全部唯一。可以使用 is_unique 屬性來存取唯一性。

print(mypd_series.is_unique)

這將輸出 Series 中的元素是否全部唯一。

非唯一元素數量（Nunique）

非唯一元素數量是指 Series 中非唯一元素的數量。可以使用 nunique 方法來存取非唯一元素數量。

print(mypd_series2.nunique())

這將輸出 Series 中非唯一元素的數量。

如果要考慮 NA 值，可以使用 dropna 引數。

print(mypd_series2.nunique(dropna=False))

這將輸出 Series 中非唯一元素的數量，包括 NA 值。

單調性（Is Monotonic）

單調性是指 Series 中的元素是否單調遞增或遞減。可以使用 is_monotonic 方法來存取單調性。

print(mypd_series2.is_monotonic)

這將輸出 Series 中的元素是否單調遞增或遞減。

內容解密：

  • index 屬性傳回 Series 的索引。
  • dtype 屬性傳回 Series 中元素的資料型別。
  • size 屬性傳回 Series 中元素的數量。
  • shape 屬性傳回 Series 的形狀。
  • ndim 屬性傳回 Series 的維度數。
  • name 屬性傳回 Series 的名稱。
  • is_unique 屬性傳回 Series 中的元素是否全部唯一。
  • nunique 方法傳回 Series 中非唯一元素的數量。
  • is_monotonic 方法傳回 Series 中的元素是否單調遞增或遞減。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[Series] --> B[Index]
    A --> C[Dtype]
    A --> D[Size]
    A --> E[Shape]
    A --> F[NDim]
    A --> G[Name]
    A --> H[Is Unique]
    A --> I[Nunique]
    A --> J[Is Monotonic]

這個流程圖展示了 Pandas Series 的屬性和方法之間的關係。

使用Pandas進行資料分析

在進行資料分析時，瞭解資料的特性和趨勢非常重要。Pandas是一個強大的Python函式庫，提供了多種工具來處理和分析資料。

檢查資料的單調性

單調性是指資料是否遵循某種規律的增減趨勢。Pandas提供了兩個方法來檢查資料的單調性：is_monotonic_increasing和is_monotonic_decreasing。

import pandas as pd

# 建立兩個Series
series1 = pd.Series([1, 2, 3, 4, 5])
series2 = pd.Series([5, 4, 3, 2, 1])

# 檢查series1是否為單調遞增
print(series1.is_monotonic_increasing)  # Output: True

# 檢查series1是否為單調遞減
print(series1.is_monotonic_decreasing)  # Output: False

# 檢查series2是否為單調遞增
print(series2.is_monotonic_increasing)  # Output: False

# 檢查series2是否為單調遞減
print(series2.is_monotonic_decreasing)  # Output: True

檢查資料中是否有缺失值

在資料分析中，缺失值是常見的問題。Pandas提供了hasnans屬性來檢查資料中是否有缺失值。

# 建立兩個Series，其中一個包含缺失值
series3 = pd.Series(['Mango', 'Guava', 'Pear', 'Banana', 'Litchi', 'Pear', pd.NA])
series4 = pd.Series(['Mango', 'Guava', 'Pear', 'Banana', 'Litchi', 'Pear', None])

# 檢查series3中是否有缺失值
print(series3.hasnans)  # Output: True

# 檢查series4中是否有缺失值
print(series4.hasnans)  # Output: True

圖表翻譯：

  graph LR
    A[資料分析] --> B[檢查單調性]
    B --> C[is_monotonic_increasing]
    B --> D[is_monotonic_decreasing]
    A --> E[檢查缺失值]
    E --> F[hasnans]

內容解密：

上述程式碼展示瞭如何使用Pandas進行資料分析。首先，我們建立了兩個Series，分別檢查了它們的單調性。然後，我們建立了兩個新的Series，其中一個包含缺失值，然後使用hasnans屬性檢查了它們中是否有缺失值。這些方法可以幫助我們更好地瞭解資料的特性和趨勢。

瞭解 NumPy 陣列的索引和資料型態

NumPy 是 Python 中一個強大的資料處理函式庫，提供了高效的多維陣列和矩陣運算功能。在使用 NumPy 時，瞭解索引和資料型態是非常重要的。

索引

NumPy 陣列的索引與 Python 的列表索引類別似，但也有一些不同之處。以下是 NumPy 陣列索引的一些基本規則：

  • 陣列索引從 0 開始，這意味著第一個元素的索引是 0。
  • 可以使用負數索引從末尾開始計數，-1 表示最後一個元素，-2 表示倒數第二個元素，以此類別推。
  • 可以使用 slice 來取得多個元素，例如 arr[1:3] 可以取得索引 1 和 2 的元素。

資料型態

NumPy 陣列可以儲存不同型別的資料，包括整數、浮點數、複數等。以下是 NumPy 中一些常見的資料型態：

  • int64: 64 位整數。
  • float64: 64 位浮點數。
  • complex128: 128 位複數。

陣列屬性

NumPy 陣列有一些重要的屬性，包括：

  • shape: 陣列的形狀，傳回一個元組表示陣列的維度。
  • size: 陣列中的元素個數。
  • dtype: 陣列的資料型態。

範例程式碼

以下是一個簡單的範例程式碼，展示瞭如何建立和操作 NumPy 陣列：

import numpy as np

# 建立一個 NumPy 陣列
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])

# 取得陣列的形狀
print(arr.shape)  # Output: (5,)

# 取得陣列中的元素個數
print(arr.size)  # Output: 5

# 取得陣列的資料型態
print(arr.dtype)  # Output: int64

# 取得陣列中的元素
print(arr[0])  # Output: 1
print(arr[-1])  # Output: 5

# 使用 slice 取得多個元素
print(arr[1:3])  # Output: [2 3]

這個範例程式碼展示瞭如何建立一個 NumPy 陣列，取得其形狀、大小和資料型態，以及如何使用索引和 slice 取得陣列中的元素。

內容解密：

在上面的範例程式碼中，我們首先匯入了 NumPy 函式庫，並建立了一個包含 5 個元素的 NumPy 陣列。然後，我們使用 shape 屬性取得了陣列的形狀，使用 size 屬性取得了陣列中的元素個數，使用 dtype 屬性取得了陣列的資料型態。接下來，我們使用索引和 slice 取得了陣列中的元素。

圖表翻譯：

以下是上述程式碼的 Mermaid 流程圖：

  flowchart TD
    A[建立 NumPy 陣列] --> B[取得陣列形狀]
    B --> C[取得陣列大小]
    C --> D[取得陣列資料型態]
    D --> E[使用索引取得元素]
    E --> F[使用 slice 取得多個元素]

這個流程圖展示了上述程式碼的執行流程，從建立 NumPy 陣列開始，到使用索引和 slice 取得陣列中的元素。

使用apply方法對Pandas系列進行運算

Pandas系列中的每個元素都可以使用apply方法應用一個函式。這種方法在系列的全域轉換中非常有用。該函式可以是一個普通的Python函式，也可以是一個NumPy函式。以下是相關的語法和示例程式碼：

import pandas as pd

# 建立一個Pandas系列
my_list = [11, 12, 13, 14, 15]
my_series = pd.Series(my_list, index=['r', 's', 't', 'u', 'v'])

# 定義一個函式，計算每個元素的立方
def cube(num):
    return num ** 3

# 將cube函式應用到每個元素
cube_series = my_series.apply(cube)
print(cube_series)

輸出結果：

r    1331
s    1728
t    2197
u    2744
v    3375
dtype: int64

在這個示例中，我們定義了一個名為cube的函式，計算每個元素的立方。然後，我們使用apply方法將這個函式應用到每個元素，得到一個新的Pandas系列，其中每個元素都是原來元素的立方。

內容解密：

  • apply方法是Pandas系列中的一個重要方法，它可以將一個函式應用到每個元素。
  • cube函式是一個簡單的函式，計算每個元素的立方。
  • my_series.apply(cube)將cube函式應用到每個元素，得到一個新的Pandas系列。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[建立Pandas系列] --> B[定義cube函式]
    B --> C[將cube函式應用到每個元素]
    C --> D[得到新的Pandas系列]

這個流程圖展示瞭如何使用apply方法對Pandas系列進行運算。首先，建立一個Pandas系列，然後定義一個函式，最後將這個函式應用到每個元素，得到一個新的Pandas系列。

使用 Pandas 進行資料彙總與分析

Pandas 是一種強大的 Python 函式庫，提供了高效的資料結構和資料分析工具。其中，Series 是 Pandas 中的一維標籤陣列，類別似於一維陣列，但帶有索引。

彙總 Pandas Series

Pandas Series 可以使用 min、max、sum、mean 和 median 方法進行彙總。以下是範例程式碼：

import pandas as pd

# 建立一個 Pandas Series
my_list = [11, 12, 13, 14, 15]
my_series = pd.Series(my_list, index=['r', 's', 't', 'u', 'v'])

# 計算最小值
print(f"最小值：{my_series.min()}")

# 計算最大值
print(f"最大值：{my_series.max()}")

# 計算總和
print(f"總和：{my_series.sum()}")

# 計算平均值
print(f"平均值：{my_series.mean()}")

# 計算中位數
print(f"中位數：{my_series.median()}")

輸出結果：

最小值：11
最大值：15
總和：65
平均值：13.0
中位數：13.0

使用 read_csv 函式讀取 CSV 檔案

Pandas 的 read_csv 函式可以用來讀取 CSV 檔案，並傳回一個 DataFrame 物件。以下是範例程式碼：

import pandas as pd

# 讀取 CSV 檔案
my_df = pd.read_csv('employees_salary.csv')

# 列印 DataFrame 物件
print(my_df)

# 列印 DataFrame 的維度
print('維度：', my_df.ndim)

注意，read_csv 函式的預設傳回型別是 DataFrame，而不是 Series。如果需要取得 Series 物件，可以使用 pd.read_csv 函式的 squeeze 引數，或者使用 pd.Series 類別來建立 Series 物件。

內容解密：

  • pd.Series 類別用來建立一個一維標籤陣列。
  • min、max、sum、mean 和 median 方法用來計算 Series 的彙總值。
  • read_csv 函式用來讀取 CSV 檔案，並傳回一個 DataFrame 物件。
  • ndim 屬性用來取得 DataFrame 的維度。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[讀取 CSV 檔案] --> B[建立 DataFrame 物件]
    B --> C[取得 Series 物件]
    C --> D[計算彙總值]
    D --> E[列印結果]

圖表說明：讀取 CSV 檔案 → 建立 DataFrame 物件 → 取得 Series 物件 → 計算彙總值 → 列印結果。

將資料轉換為系列物件

當我們從 CSV 檔案中讀取資料時，Pandas 可以根據需要自動將資料轉換為適合的物件。以下是如何將特定欄位的資料轉換為系列物件的範例：

import pandas as pd

# 讀取 CSV 檔案，並指定要讀取的欄位
mydf1 = pd.read_csv('employees_salary.csv', usecols=['Employee Name'])['Employee Name']

# 印出轉換後的資料型態
print('The return type is', type(mydf1))

# 印出系列物件的內容
print(mydf1)

# 印出系列物件的維度
print('ndim: ', mydf1.ndim)

內容解密：

在這個範例中，我們使用 pd.read_csv 函式從 employees_salary.csv 檔案中讀取資料，並指定只讀取 Employee Name 欄位。然後，我們將這個欄位的資料轉換為一個系列物件 mydf1。

type(mydf1) 的輸出結果是 <class 'pandas.core.series.Series'>，這表示 mydf1 是一個 Pandas 的系列物件。

接下來，我們印出 mydf1 的內容，可以看到它包含了員工的名字。

最後，我們印出 mydf1 的維度，結果是 1。這是因為系列物件只有一個維度。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[讀取 CSV 檔案] --> B[指定欄位]
    B --> C[轉換為系列物件]
    C --> D[印出資料型態]
    D --> E[印出系列物件內容]
    E --> F[印出系列物件維度]

在這個流程圖中，我們可以看到從讀取 CSV 檔案到印出系列物件維度的整個過程。每一步驟都對應到上述程式碼中的某一部分。

從技術架構視角來看，Pandas Series 作為一種高效的資料結構，在資料處理和分析中扮演著關鍵角色。本文深入探討了 Series 的屬性、方法以及不同場景下的應用，涵蓋了資料過濾、屬性存取、彙總計算、檔案讀取和資料型別轉換等方面。分析顯示，Pandas 提供了豐富的功能來操作 Series，例如利用布林遮罩、lambda 函式和條件索引進行資料過濾，以及使用 apply 方法對每個元素執行自定義函式。然而，需要注意的是，在處理大型資料集時，部分操作的效能可能成為瓶頸，需要進一步最佳化。展望未來，隨著 Pandas 的不斷發展，預計會有更多針對 Series 的高效能運算方法出現，進一步提升資料處理效率。對於資料科學家和分析師而言，深入理解和掌握 Pandas Series 的特性，將有助於提升資料處理和分析能力，從而更好地挖掘資料價值。玄貓認為，Pandas Series 是資料科學領域不可或缺的工具，值得深入學習和應用。

玄貓

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。