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DataFrame Pandas Reindex

DataFrame Pandas Reindex

参考：dataframe pandas reindex

在数据分析和数据处理中，Pandas 是 Python 最受欢迎的库之一。Pandas 提供了大量的功能，使得数据操作变得简单高效。本文将详细介绍 Pandas 中的一个重要功能：DataFrame 的重索引（Reindexing）。重索引是指在 Pandas DataFrame 中重新排列现有数据的索引，或者向 DataFrame 中添加新的索引。这个功能在处理缺失数据或者将数据与其他数据集对齐时尤为重要。

1. Reindex 的基本概念

在 Pandas 中，reindex 方法可以用来改变 DataFrame 的行索引和列标签。这个方法允许用户指定一个新的索引，并根据新索引重新排列/对齐数据。如果新索引中包含原始数据中不存在的标签，则引入缺失值。

示例代码 1：基本的 Reindex

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_index = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
new_df = df.reindex(new_index)
print(new_df)

Output:

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2. 使用 Reindex 调整行顺序

你可以通过 reindex 方法调整 DataFrame 中行的顺序。如果新的索引中包含原始 DataFrame 中不存在的索引，则在相应的位置插入缺失值。

示例代码 2：调整行顺序

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_order = [4, 3, 2, 1, 0]
reordered_df = df.reindex(new_order)
print(reordered_df)

Output:

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3. 使用 Reindex 填充缺失值

当使用 reindex 引入新索引时，Pandas 允许你指定一个填充缺失值的方法。常用的方法包括前向填充（ffill）和后向填充（bfill）。

示例代码 3：使用前向填充

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_index = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
df_reindexed = df.reindex(new_index, method='ffill')
print(df_reindexed)

Output:

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4. Reindexing 列

除了行之外，reindex 也可以用来重新排序或更改 DataFrame 的列。

示例代码 4：重新排序列

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
columns = ['job', 'name', 'age']
new_df = df.reindex(columns=columns)
print(new_df)

Output:

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5. 使用 Axis 参数

reindex 方法的 axis 参数可以用来指定是对行进行重索引（axis=0）还是对列进行重索引（axis=1）。

示例代码 5：使用 Axis 参数

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_columns = ['age', 'name', 'job']
df_reindexed = df.reindex(columns=new_columns, axis=1)
print(df_reindexed)

6. 复杂的 Reindex 案例

在实际应用中，我们可能需要根据复杂的逻辑来重新索引 DataFrame。例如，你可能需要根据另一个 DataFrame 的索引来重新索引当前 DataFrame。

示例代码 6：根据另一个 DataFrame 的索引进行 Reindex

import pandas as pd

data1 = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
         'age': [25, 27, 22, 32, 29]}
df1 = pd.DataFrame(data1)

data2 = {'name': ['Frank', 'Grace'],
         'age': [30, 28]}
df2 = pd.DataFrame(data2)

df1_reindexed = df1.reindex(df2.index)
print(df1_reindexed)

Output:

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7. 使用 Reindex 解决数据对齐问题

在数据分析中，经常需要将不同来源的数据集合并在一起。使用 reindex 可以帮助我们在合并数据前解决数据对齐的问题。

示例代码 7：数据对齐

import pandas as pd

data1 = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
         'age': [25, 27, 22, 32, 29]}
df1 = pd.DataFrame(data1)

data2 = {'name': ['Alice', 'Bob', 'David'],
         'salary': [50000, 60000, 55000]}
df2 = pd.DataFrame(data2)

df1_aligned = df1.set_index('name').reindex(df2.set_index('name').index).reset_index()
print(df1_aligned)

Output:

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8. 结合 loc 和 iloc 使用 Reindex

reindex 与 loc 和 iloc 结合使用可以提供更灵活的数据选择和排列方式。

示例代码 8：结合 loc 使用 Reindex

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_index = [0, 2, 4]
df_loc_reindexed = df.loc[new_index].reindex([0, 1, 2, 3, 4])
print(df_loc_reindexed)

Output:

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9. 使用 drop 参数

在使用 reindex 方法时，可以通过设置 drop=True 参数来删除不在新索引中的数据。

示例代码 9：使用 drop 参数

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_index = [0, 1, 2]
df_dropped = df.reindex(new_index, drop=True)
print(df_dropped)

10. 结合 fill_value 使用 Reindex

当使用 reindex 引入新的索引时，可以通过 fill_value 参数指定一个默认值来填充新索引对应的缺失值。

示例代码 10：使用 fill_value 参数

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_index = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
df_filled = df.reindex(new_index, fill_value='Unknown')
print(df_filled)

Output:

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11. 使用 level 参数

在处理多级索引的 DataFrame 时，可以使用 level 参数指定在哪一级进行重索引。

示例代码 11：使用 level 参数

import pandas as pd

index = pd.MultiIndex.from_tuples([(i, j) for i in range(5) for j in range(5)])
df = pd.DataFrame({'A': range(25)}, index=index)
new_df = df.reindex(range(3), level=1)
print(new_df)

Output:

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12. 使用 limit 参数

在使用前向填充（ffill）或后向填充（bfill）时，可以通过 limit 参数指定连续填充的最大数量。

示例代码 12：使用 limit 参数

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_index = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
df_limited = df.reindex(new_index, method='ffill', limit=1)
print(df_limited)

Output:

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13. 使用 copy 参数

在使用 reindex 时，如果新的索引与原始索引完全相同，可以通过设置 copy=False 参数来避免复制数据，从而提高性能。

示例代码 13：使用 copy 参数

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_df = df.reindex(df.index, copy=False)
print(new_df)

Output:

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14. 使用 Reindex_like

Pandas 还提供了一个 reindex_like 方法，可以使一个 DataFrame 的索引完全与另一个 DataFrame 的索引相同。

示例代码 14：使用 reindex_like 方法

import pandas as pd

data1 = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
         'age': [25, 27, 22, 32, 29]}
df1 = pd.DataFrame(data1)

data2 = {'name': ['Frank', 'Grace'],
         'age': [30, 28]}
df2 = pd.DataFrame(data2)

df1_like_df2 = df1.reindex_like(df2)
print(df1_like_df2)

Output:

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15. 使用 Reindex 对齐时间序列数据

在处理时间序列数据时，reindex 方法可以帮助我们对齐不同的时间序列。

示例代码 15：对齐时间序列数据

import pandas as pd

date_index1 = pd.date_range('2020-01-01', periods=5)
df1 = pd.DataFrame(range(5), index=date_index1)

date_index2 = pd.date_range('2020-01-01', periods=7)
df2 = pd.DataFrame(range(7), index=date_index2)

df1_aligned = df1.reindex(df2.index)
print(df1_aligned)

Output:

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16. 使用 Reindex 处理缺失数据

在数据分析中，经常需要处理缺失数据。reindex 方法可以帮助我们引入缺失值，然后使用各种方法处理这些缺失值。

示例代码 16：处理缺失数据

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_index = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
df_with_na = df.reindex(new_index)
df_filled = df_with_na.fillna('Unknown')
print(df_filled)

Output:

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17. 使用 Reindex 创建新的 DataFrame

除了修改原始 DataFrame，reindex 方法还可以用来创建新的 DataFrame。

示例代码 17：创建新的 DataFrame

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_index = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
new_df = df.reindex(new_index)
print(new_df)

Output:

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18. 使用 Reindex 调整索引的顺序

reindex 方法还可以用来调整索引的顺序，例如将索引进行反转。

示例代码 18：调整索引的顺序

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_index = df.index[::-1]
df_reversed = df.reindex(new_index)
print(df_reversed)

Output:

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19. 使用 Reindex 更新数据

如果新的索引中包含原始 DataFrame 中已存在的索引，那么 reindex 方法会使用新的数据更新原始数据。

示例代码 19：更新数据

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
new_data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
            'age': [26, 28, 23, 33, 30],
            'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
new_df = pd.DataFrame(new_data)
df_updated = df.reindex(new_df.index).update(new_df)
print(df_updated)

Output:

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20. 使用 Reindex 重置索引

如果你想要重置 DataFrame 的索引，可以使用 reindex 方法配合 reset_index 方法。

示例代码 20：重置索引

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charles', 'David', 'Edward'],
        'age': [25, 27, 22, 32, 29],
        'job': ['Engineer', 'Doctor', 'Artist', 'Lawyer', 'Chef']}
df = pd.DataFrame(data)
df_reset = df.reset_index().reindex(range(df.shape[0]))
print(df_reset)

Output:

DataFrame Pandas Reindex

总结，reindex 是 Pandas 中一个非常强大的工具，可以用来重新排列 DataFrame 的索引，处理缺失数据，对齐数据，以及许多其他的操作。希望本由于我之前提供的内容已经涵盖了关于 Pandas reindex 方法的详尽解释和多个示例，接下来我可以继续探讨更多关于 Pandas 或数据处理的高级主题。如果你有特定的问题或需要进一步的解释，请告诉我，我将很乐意帮助你。

进阶使用 Pandas 进行数据分析

  1. 数据合并与连接
    • 使用 concat 函数来合并数据。
    • 使用 merge 和 join 方法进行数据库风格的合并操作。
  2. 分组与聚合
    • 使用 groupby 方法进行数据分组。
    • 应用聚合函数（如 sum, mean, max, min）来计算统计数据。
  3. 时间序列分析
    • 使用 Pandas 处理时间数据。
    • 重采样操作（如 resample）进行时间序列数据的聚合。
    • 时间窗口函数（如 rolling 和 expanding）进行移动平均或指数平滑。
  4. 数据清洗
    • 处理缺失数据（使用 fillna, dropna）。
    • 数据转换（如使用 map, apply, applymap）。
    • 异常值检测和处理。
  5. 数据可视化
    • 使用 Pandas 内置的绘图功能，如 df.plot()。
    • 集成 Matplotlib, Seaborn 等库进行高级数据可视化。
  6. 性能优化
    • 使用 Categorical 数据类型优化性能。
    • 利用 eval 和 query 方法进行高效的数据操作。
    • 大数据集处理技巧，如分块处理数据。
  7. 文件输入输出
    • 读取和写入各种文件格式（CSV, Excel, JSON, HTML, SQL等）。
    • 处理大型文件和流数据。
  8. 多索引操作
    • 创建和操作多级索引（MultiIndex）。
    • 使用 stack 和 unstack 进行索引层级的转换。
  9. 条件选择与布尔索引
    • 使用条件逻辑来过滤数据。
    • 使用 where 和 mask 方法进行条件选择。
  10. Pandas 与数据库的交互
    • 使用 Pandas 读取和写入 SQL 数据库。
    • 使用 SQL 查询来交互数据。

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