Pandasとは
pandasは、プログラミング言語Pythonにおいて、データ解析を支援する機能を提供するライブラリである。
特に、数表および時系列データを操作するためのデータ構造と演算を提供する。
開発者であるWes McKinneyは、財務データを定量分析するための高性能で柔軟なツールを欲しており、AQR Capital Managementにて2008年にpandasの開発を開始した。
AQRを去る前に上司を説得し、ライブラリの一般公開が可能となった。
Pandas固有のデータ形式
- 1次元のSeries
- 2次元のDataFrame
- DataFrameには行名(index)と列名(column)
DataFrameを作る
numpyのarrayから作る
import numpy as np
import pandas as pd
d = np.array([[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])
df = pd.DataFrame(d,columns=['a','b','c'])
>>> df
a b c
0 1 2 3
1 4 5 6
2 7 8 9
行名はdf.index
列名はdf.columns
で調べられる
リスト型を値にもった辞書から作る
df = pd.DataFrame({'a':[1,4,7],'b':[2,5,8]},'c':[3,6,9])
>>> df
a b c
0 1 2 3
1 4 5 6
2 7 8 9
csvファイルを読み込む
# 先頭行が列名として扱われる
# index_cols=0 : indexとして使いたい列の列番号を0始まりで指定する
import pandas as pd
df = pd.read_csv('data/src/sample_pandas_normal.csv', index_col=0)
print(df)
# age state point
# name
# Alice 24 NY 64
# Bob 42 CA 92
# Charlie 18 CA 70
# Dave 68 TX 70
# Ellen 24 CA 88
# Frank 30 NY 57
print(df.index.values)
# ['Alice' 'Bob' 'Charlie' 'Dave' 'Ellen' 'Frank']
print(df.columns.values)
# ['age' 'state' 'point']
indexがあるcsvは「index_cols=0」を付ける
index_cols=0がないとindex列は認識されない。
df_header_index = pd.read_csv('data/src/sample_header_index.csv')
print(df_header_index)
# Unnamed: 0 a b c d
# 0 ONE 11 12 13 14
# 1 TWO 21 22 23 24
# 2 THREE 31 32 33 34
# ========================================================== #
df_header_index_col = pd.read_csv('data/src/sample_header_index.csv', index_col=0)
print(df_header_index_col)
# a b c d
# ONE 11 12 13 14
# TWO 21 22 23 24
# THREE 31 32 33 34
print(df_header_index_col.index)
# Index(['ONE', 'TWO', 'THREE'], dtype='object')
ヘッダーがないcsvには「header=None」とつける
ヘッダーがないcsvの場合、そのままpd.read_csvすると1行目がcolumnsになってしまう。
header=Noneとすると連番が列名columnsに割り当てられる。
または、**names=('A', 'B', 'C', 'D')**のように列名を設定することもできる。
11,12,13,14
21,22,23,24
31,32,33,34
import pandas as pd
df = pd.read_csv('data/src/sample.csv')
print(df)
# 11 12 13 14
# 0 21 22 23 24
# 1 31 32 33 34
print(df.columns)
# Index(['11', '12', '13', '14'], dtype='object')
# ========================================================== #
df_none = pd.read_csv('data/src/sample.csv', header=None)
print(df_none)
# 0 1 2 3
# 0 11 12 13 14
# 1 21 22 23 24
# 2 31 32 33 34
# ========================================================== #
df_names = pd.read_csv('data/src/sample.csv', names=('A', 'B', 'C', 'D'))
print(df_names)
# A B C D
# 0 11 12 13 14
# 1 21 22 23 24
# 2 31 32 33 34
列を指定して読み込むときは「usecols」を使う
df_none_usecols = pd.read_csv('data/src/sample.csv', header=None, usecols=[1, 3])
print(df_none_usecols)
# 1 3
# 0 12 14
# 1 22 24
# 2 32 34
# ========================================================== #
df_header_usecols = pd.read_csv('data/src/sample_header.csv',
usecols=lambda x: x is not 'b')
print(df_header_usecols)
# a c d
# 0 11 13 14
# 1 21 23 24
# 2 31 33 34
# ========================================================== #
df_index_usecols = pd.read_csv('data/src/sample_header_index.csv',
index_col=0, usecols=[0, 1, 3])
print(df_index_usecols)
# a c
# ONE 11 13
# TWO 21 23
# THREE 31 33
行をスキップしたいときは「skiprows」を使う
skiprowsに整数を渡すと、ファイルの先頭をその行数分スキップして読み込む。
df_none = pd.read_csv('data/src/sample.csv', header=None)
print(df_none)
# 0 1 2 3
# 0 11 12 13 14
# 1 21 22 23 24
# 2 31 32 33 34
# ========================================================== #
df_none = pd.read_csv('data/src/sample.csv', header=None, skiprows=2)
print(df_none)
# 0 1 2 3
# 0 31 32 33 34
# ========================================================== #
df_none_skiprows = pd.read_csv('data/src/sample.csv', header=None, skiprows=[1])
print(df_none_skiprows)
# 0 1 2 3
# 0 11 12 13 14
# 1 31 32 33 34
# ========================================================== #
# 最後の行をスキップする場合は「skipfooter=1」に設定
# engine='python'を指定しないとWarningが出る可能性がある
df_none_skipfooter = pd.read_csv('data/src/sample.csv', header=None,
skipfooter=1, engine='python')
print(df_none_skipfooter)
# 0 1 2 3
# 0 11 12 13 14
# 1 21 22 23 24
読みたい行数は「nrows」で指定する
df_none_nrows = pd.read_csv('data/src/sample.csv', header=None, nrows=2)
print(df_none_nrows)
# 0 1 2 3
# 0 11 12 13 14
# 1 21 22 23 24
列の型を指定するときは「dtype」を使う
df_str_col = pd.read_csv('data/src/sample_header_index_dtype.csv',
index_col=0, dtype={'b': str, 'c': str})
print(df_str_col)
# a b c d
# ONE 1 001 100 x
# TWO 2 020 NaN y
# THREE 3 300 300 z
print(df_str_col.dtypes)
# a int64
# b object
# c object
# d object
# dtype: object
# ========================================================== #
# DataFrameの列は「astype」で型変換できる
print(df['s_i'].astype(int))
# 0 0
# 1 10
# 2 200
# Name: s_i, dtype: int64
欠損値
By default the following values are interpreted as NaN: ‘’, ‘#N/A’, ‘#N/A N/A’, ‘#NA’, ‘-1.#IND’, ‘-1.#QNAN’, ‘-NaN’, ‘-nan’, ‘1.#IND’, ‘1.#QNAN’, ‘N/A’, ‘NA’, ‘NULL’, ‘NaN’, ‘n/a’, ‘nan’, ‘null’.
pandas.read_csv — pandas 0.23.0 documentation
欠損値として扱う値を追加するときは「na_values」
df_nan = pd.read_csv('data/src/sample_header_index_nan.csv', index_col=0)
print(df_nan)
# a b
# ONE NaN NaN
# TWO - NaN
# THREE NaN NaN
# ========================================================== #
df_nan_set_na = pd.read_csv('data/src/sample_header_index_nan.csv',
index_col=0, na_values='-')
print(df_nan_set_na)
# a b
# ONE NaN NaN
# TWO NaN NaN
# THREE NaN NaN
欠損値を自分で決めたいときは「na_values」と「keep_default_na=False」を一緒に使う
,a,b
ONE,,NaN
TWO,-,nan
THREE,null,N/A
# ========================================================== #
df_nan_set_na_no_keep = pd.read_csv('data/src/sample_header_index_nan.csv',
index_col=0, na_values=['-', 'NaN', 'null'],
keep_default_na=False)
print(df_nan_set_na_no_keep)
# a b
# ONE NaN
# TWO NaN nan
# THREE NaN N/A
欠損値をなくすときは「na_filter」を使う
,a,b
ONE,,NaN
TWO,-,nan
THREE,null,N/A
# ========================================================== #
df_nan_no_filter = pd.read_csv('data/src/sample_header_index_nan.csv',
index_col=0, na_filter=False)
print(df_nan_no_filter)
# a b
# ONE NaN
# TWO - nan
# THREE null N/A
データに日本語が含まれているときは「encoding='shift_jis'」を使う
df_sjis = pd.read_csv('data/src/sample_header_shift_jis.csv',
encoding='shift_jis')
print(df_sjis)
# a b c d
# 0 あ 12 13 14
# 1 い 22 23 24
# 2 う 32 33 34
なんでも読めちゃうread_csvは本当に優秀…
拡張子が.gz, .bz2, .zip, .xzの場合、自動で検出して展開してくれる。拡張子が異なる場合、引数compressionに文字列'gz', 'bz2', 'zip', 'xz'を明示的に指定する。
なお、対応しているのはcsvファイル単体が圧縮されている場合のみ。複数ファイルが圧縮されている場合はエラーになる。
zipとxzはバージョン0.18.1からの対応。
df_zip = pd.read_csv('data/src/sample_header.csv.zip')
df_web = pd.read_csv('http://www.post.japanpost.jp/zipcode/dl/oogaki/zip/13tokyo.zip',
header=None, encoding='shift_jis')
新しい列を作る
# 水平方向(axis = 1) に総和をとり、Total という列を作る
df['Total'] = df.sum(axis=1)
要約統計量
at, iat : 単独の要素の値を選択、取得・変更
loc, iloc : 単独および複数の要素の値を選択、取得・変更
count: 要素の個数
unique: ユニークな（一意な）値の要素の個数
top: 最頻値（mode）
freq: 最頻値の頻度（出現回数）
mean: 算術平均
std: 標準偏差
min: 最小値
max: 最大値
50%: 中央値（median）
25%, 75%: 1/4分位数、3/4分位数
import pandas as pd
df = pd.DataFrame({'a': [1, 2, 1, 3],
'b': [0.4, 1.1, 0.1, 0.8],
'c': ['X', 'Y', 'X', 'Z'],
'd': ['3', '5', '2', '1'],
'e': [True, True, False, True]})
print(df)
# a b c d e
# 0 1 0.4 X 3 True
# 1 2 1.1 Y 5 True
# 2 1 0.1 X 2 False
# 3 3 0.8 Z 1 True
print(df.dtypes)
# a int64
# b float64
# c object
# d object
# e bool
# dtype: object
# ========================================================== #
## データフレーム df の要約統計量を表示
# 各列ごとの平均や標準偏差、最大値、最小値、最頻値など
print(df.describe())
# a b
# count 4.000000 4.000000
# mean 1.750000 0.600000
# std 0.957427 0.439697
# min 1.000000 0.100000
# 25% 1.000000 0.325000
# 50% 1.500000 0.600000
# 75% 2.250000 0.875000
# max 3.000000 1.100000
print(type(df.describe()))
# <class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
print(df.describe().loc['std']) # stdは標準偏差
# a 0.957427
# b 0.439697
# Name: std, dtype: float64
print(df.describe().at['std', 'b'])
# 0.439696865275764
文字列など数値以外の列の結果を表示したいときは「exclude='number'」を使う
include='all'とすると、すべての型の列が対象となる。
print(df.describe(exclude='number'))
# c d e
# count 4 4 4
# unique 3 4 2
# top X 3 True
# freq 2 1 3
データのプロット
df.plot() #折れ線グラフ
df.plot.bar(stacked=True) # 積み上げ棒グラフ
df.plot.scatter(‘Japanese’,’English’) # 列を指定して散布図
df[‘Japanese’].plot.hist() # 列を指定してヒストグラム