如何使用 pandas 的apply函数对 DataFrame 的多个列进行操作|极客教程

如何使用 pandas 的apply函数对 DataFrame 的多个列进行操作

在数据分析和数据处理中，pandas 是 Python 中最受欢迎的库之一。pandas 提供了非常强大的数据结构和数据操作工具，使得处理和分析大规模数据变得更加容易和高效。本文将详细介绍如何使用 pandas 的 apply 函数对 DataFrame 的多个列进行操作。

1. pandas apply 函数简介

pandas 的 apply 函数允许用户对 DataFrame 的行或列应用一个函数。这是一个非常强大的功能，因为它可以让我们对数据进行复杂的处理，而不仅仅是简单的数学运算。apply 函数可以用于单列，也可以扩展到多列，本文的重点是后者。

2. 使用 apply 函数处理多列

当我们需要对 DataFrame 中的多个列应用同一个函数时，可以使用 apply 函数。这种情况下，通常会将这些列作为一个整体来处理。

示例代码 1：基本使用

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'], 'Age': [25, 30, 35], 'City': ['New York', 'Los Angeles', 'Chicago']}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个简单的函数，将年龄增加10年
def add_age(x):
    return x + 10

# 应用函数到 'Age' 列
df['New Age'] = df['Age'].apply(add_age)
print(df)

Output:

如何使用 pandas 的apply函数对 DataFrame 的多个列进行操作

示例代码 2：对多列使用同一函数

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'First Score': [100, 90, 85], 'Second Score': [80, 85, 90]}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个函数，计算平均分
def average_score(row):
    return (row['First Score'] + row['Second Score']) / 2

# 应用函数到每一行
df['Average Score'] = df.apply(average_score, axis=1)
print(df)

Output:

如何使用 pandas 的apply函数对 DataFrame 的多个列进行操作

示例代码 3：使用 lambda 函数

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'A': [1, 2, 3], 'B': [4, 5, 6]}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用 lambda 函数对多列进行求和
df['Sum'] = df.apply(lambda x: x['A'] + x['B'], axis=1)
print(df)

Output:

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示例代码 4：结合条件语句

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Score': [88, 92, 85], 'Grade': ['B', 'A', 'B']}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个函数，根据分数调整等级
def adjust_grade(row):
    if row['Score'] > 90:
        return 'A+'
    return row['Grade']

# 应用函数到每一行
df['Adjusted Grade'] = df.apply(adjust_grade, axis=1)
print(df)

Output:

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示例代码 5：处理更复杂的数据转换

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Price': [95, 85, 75], 'Tax': [0.15, 0.10, 0.20]}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个函数，计算总价
def total_price(row):
    return row['Price'] * (1 + row['Tax'])

# 应用函数到每一行
df['Total Price'] = df.apply(total_price, axis=1)
print(df)

Output:

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3. apply 函数的高级用法

apply 函数不仅限于简单的数学运算，它可以结合任何类型的 Python 函数来处理数据，包括统计函数、字符串操作、条件复杂逻辑等。

示例代码 6：使用自定义复杂函数

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'], 'Salary': [50000, 60000, 70000]}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个复杂的函数，根据薪水调整名称显示
def custom_display(row):
    return f"{row['Name']} - ${row['Salary']}"

# 应用函数到每一行
df['Display'] = df.apply(custom_display, axis=1)
print(df)

Output:

如何使用 pandas 的apply函数对 DataFrame 的多个列进行操作

示例代码 7：结合多个 DataFrame 的操作

import pandas as pd

# 创建两个示例 DataFrame
data1 = {'ID': [1, 2, 3], 'Product': ['Computer', 'Phone', 'Printer']}
df1 = pd.DataFrame(data1)
data2 = {'ID': [1, 2, 3], 'Price': [1200, 300, 150]}
df2 = pd.DataFrame(data2)

# 合并 DataFrame
df_merged = pd.merge(df1, df2, on='ID')

# 定义一个函数，生成产品信息字符串
def product_info(row):
    return f"{row['Product']} costs ${row['Price']}"

# 应用函数到合并后的 DataFrame
df_merged['Product Info'] = df_merged.apply(product_info, axis=1)
print(df_merged)

Output:

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示例代码 8：利用 apply 进行数据清洗

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Date': ['2021-01-01', '2021-02-30', '2021-03-15']}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个函数，修正不正确的日期
def correct_date(date_str):
    if date_str == '2021-02-30':
        return '2021-02-28'
    return date_str

# 应用函数到 'Date' 列
df['Corrected Date'] = df['Date'].apply(correct_date)
print(df)

Output:

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示例代码 9：使用 apply 进行类型转换

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Number': ['1', '2', '3']}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个函数，将字符串转换为整数
def to_int(num_str):
    return int(num_str)

# 应用函数到 'Number' 列
df['Integer'] = df['Number'].apply(to_int)
print(df)

Output:

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示例代码 10：结合外部数据源

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Country Code': ['US', 'CN', 'JP']}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个函数，根据国家代码获取国家名称
def get_country_name(code):
    country_dict = {'US': 'United States', 'CN': 'China', 'JP': 'Japan'}
    return country_dict.get(code, 'Unknown')

# 应用函数到 'Country Code' 列
df['Country Name'] = df['Country Code'].apply(get_country_name)
print(df)

Output:

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4. apply 函数的性能考虑

虽然 apply 函数非常灵活和强大，但在处理大型数据集时，性能可能成为一个问题。apply 函数通常比 pandas 的内置向量化函数慢，因为它需要在 Python 层面上循环每一行或列。因此，在可能的情况下，推荐使用 pandas 的内置函数，如 sum(), mean() 等，或者使用向量化操作来提高性能。

示例代码 11：向量化操作替代 apply

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'A': [10, 20, 30], 'B': [20, 30, 40]}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用向量化操作进行列相加，替代 apply
df['Sum'] = df['A'] + df['B']
print(df)

Output:

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示例代码 12：使用内置函数计算平均值

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Scores': [88, 92, 85, 78, 90]}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用内置函数计算平均分，替代 apply
average_score = df['Scores'].mean()
print("Average Score:", average_score)

Output:

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6. apply 函数与其他 pandas 函数的结合使用

apply 函数可以与 pandas 的其他函数结合使用，以实现更复杂的数据处理流程。例如，可以结合使用 groupby 和 apply 来对分组数据进行复杂的自定义操作。

示例代码 13：结合 groupby 和 apply

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Department': ['Sales', 'Sales', 'HR', 'HR'], 'Employee': ['Alice', 'Bob', 'Charlie', 'David'], 'Sales': [200, 150, None, None]}
df = pd.DataFrame(data)

# 使用 groupby 和 apply 计算每个部门的平均销售额
def average_sales(x):
    return x.dropna().mean()

average_sales_per_dept = df.groupby('Department')['Sales'].apply(average_sales)
print(average_sales_per_dept)

Output:

如何使用 pandas 的apply函数对 DataFrame 的多个列进行操作

示例代码 14：apply 结合条件过滤

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Product': ['Apple', 'Banana', 'Cherry'], 'Price': [1.2, 0.5, 2.5]}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个函数，过滤出价格高于1美元的产品
def filter_expensive_products(row):
    if row['Price'] > 1:
        return row

# 使用 apply 结合条件过滤
expensive_products = df.apply(filter_expensive_products, axis=1).dropna()
print(expensive_products)

Output:

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7. apply 函数的错误处理

在使用 apply 函数时，可能会遇到错误或异常。合理的错误处理可以使数据处理流程更加健壮。

示例代码 15：apply 中的错误处理

import pandas as pd

# 创建一个示例 DataFrame
data = {'Number': [10, 20, 'error', 40]}
df = pd.DataFrame(data)

# 定义一个函数，尝试将值转换为整数，错误则返回 None
def safe_convert_to_int(x):
    try:
        return int(x)
    except ValueError:
        return None

# 使用 apply 进行安全类型转换
df['Converted'] = df['Number'].apply(safe_convert_to_int)
print(df)