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数据可视化（五）：Pandas高级统计——函数映射、数据结构、分组聚合等问题解决，能否成为你的工作备用锦囊？

1. pandas数据结构

import pandas as pd
import numpy as np

问题1：创建3个不同的Series，长度都是100。

- 第一个：每个元素是1～4（包含）随机整数
- 第二个：每个元素是1～3（包含）随机整数
- 第三个：每个元素是10000～20000（包含）随机整数

# 创建第一个Series，每个元素是1～4（包含）随机整数  
series1 = pd.Series(np.random.randint(1, 5, size=100))  
series1

# 创建第二个Series，每个元素是1～3（包含）随机整数  
series2 = pd.Series(np.random.randint(1, 4, size=100))  
series2

# 创建第三个Series，每个元素是10000～20000（包含）随机整数  
series3 = pd.Series(np.random.randint(10000, 20001, size=100)) 
series3

问题2：利用这3个Series作为3列创建一个DataFrame。

df = pd.DataFrame({  'Column1': series1,  'Column2': series2,  'Column3': series3  
})  
df.head()

问题3：将上面DataFrame的列名改为bedrs、bathrs和price_sqr_meter。

new_columns = ["bedrs","bathrs","price_sqr_meter"]
df.columns = new_columns
df.head()

问题4：利用上面3个Series作为1列创建一个DataFrame

# 使用 concat 函数将三个 Series 合并成一个新的 Series  
# ignore_index=True 参数用于重置合并后 Series 的索引  
combined_series = pd.concat([series1, series2, series3], ignore_index=True) combined_series# 将 series 转化为 dataframe
df = pd.DataFrame({"Concat":combined_series})
df

问题5：上面的DataFrame的index到99为止，请将其reindex为0～299。

# 重新索引 df，使其索引从 0 到 299  
# 使用 NaN 填充新增的索引位置  
df_reindexed = df.reindex(range(300))  # 打印重新索引后的 DataFrame  
df_reindexed

2. pandas统计

import pandas as pd# 加载数据
# assets/US_Baby_Names_right.zip解压
df = pd.read_csv('assets/US_Baby_Names_right.csv') #婴儿名字数据
df.info()
df.head()

问题1：删除列’Unnamed: 0’ 和 ‘Id’。

df.drop(["Unnamed: 0","Id"],axis=1,inplace=True)
df.head()

问题2：男孩和女孩的总数是多少？

df['Gender'].value_counts()

问题3：将数据按照Name分组统计出现数量，并按照降序排列。

# 分组求和
df_groupby = df.groupby(by="Name")[["Count"]].sum()
# 排序
df_sort = df_groupby.sort_values(by="Count",ascending=False)
df_sort

问题4：数据集中有多少不同名字？

df["Name"].nunique()

问题5： 出现频率最多和最少的名字是（可能数量不唯一，按排序结果）？

# 频率最多
df_sort.head(1)

3. pandas数据过滤与排序

import pandas as pd # 加载数据
df = pd.read_csv('assets/Euro_2012_stats_TEAM.csv', sep = ',') # 2012欧洲杯统计数据
display(df.info())
df.head()

问题1：选择Goals列显示。

df[["Goals"]].head()

问题2：多少队伍参加Euro2012？

df["Team"].nunique()

问题3：数据集中有多少列？

df.shape[1]

问题4：选择Team、Yellow Cards、Red Cards三列形成新的DataFrame，命名为discipline。

discipline = df[["Team","Yellow Cards","Red Cards"]]
discipline.head()

问题5：对discipline采用Red Cards以及Yellow Cards（先按Red Cards排再按Yellow Cards排）降序排序。

discipline_sorted  = discipline.sort_values(by=["Red Cards","Yellow Cards"],ascending=False)
discipline_sorted.head() 

问题6：计算Team的平均Yellow Cards数，四舍五入保留整数。

discipline.groupby(by="Team")[["Yellow Cards"]].mean().round()

问题7：将进球超过6（goals>6）的行找出来。

df[df["Goals"]>6]

问题8：找出G开头Team的所有行。

df[df['Team'].str.startswith('G')] 

问题9：选择除了最后三列以外的所有列。

df.iloc[:,0:-3]

问题10：只显示England、Italy、Russia三队的Shooting Accuracy列。

selected_teams = df[df['Team'].isin(['England', 'Italy', 'Russia'])]  # 只选择 "Shooting Accuracy" 列  
shooting_accuracy = selected_teams[["Team",'Shooting Accuracy']]  shooting_accuracy

4. pandas数据分组

import pandas as pd # 加载数据
df = pd.read_csv('assets/u.user', sep = '|', index_col='user_id') # 职业数据
display(df.info())
df.head()

问题1：计算每种职业的平均年龄。

df.groupby(by="occupation").mean().head()

问题2：计算每种职业的男性占比，并从大到小排序。（难，选做）

import pandas as pd  # 假设 df 是 DataFrame，包含 'Occupation' 和 'Gender' 列  
# 计算每种职业的男性数量  
male_counts = df[df['gender'] == 'M'].groupby('occupation')['gender'].count().reset_index(name='MaleCount')  
male_counts.head()# 计算每种职业的总人数  
total_counts = df.groupby('occupation')['gender'].count().reset_index(name='TotalCount')  
total_counts.head()# 合并两个结果，以计算男性占比  
occupation_stats = pd.merge(male_counts, total_counts, on='occupation')
occupation_stats.head()# 计算男性占比  
occupation_stats['MalePercentage'] = (occupation_stats['MaleCount'] / occupation_stats['TotalCount']) * 100  # 按男性占比从大到小排序  
occupation_stats_sorted = occupation_stats.sort_values(by='MalePercentage', ascending=False).reset_index()  # 打印结果  
occupation_stats_sorted.head()

问题3： 对于每种职业，计算最小和最大年龄。

# 最小年龄，不能两个 []
df.groupby(by="occupation")["age"].min().reset_index(name='Min_Age').head()  # 最大年龄，不能两个 []
df.groupby(by="occupation")["age"].max().reset_index(name='Max_Age').head()

问题4：按职业、性别分组，计算平均年龄。

df.groupby(by=["occupation","gender"])["age"].mean().reset_index(name= "Mean_Age").head()

问题5：对于每种职业，显示男女性别占比。（难，选做）

import pandas as pd  # 假设 df 是你的 DataFrame，包含 'Occupation' 和 'Gender' 列  
# 计算每种职业的男性数量  
male_counts = df[df['gender'] == 'M'].groupby('occupation')['gender'].count().reset_index(name='MaleCount')  
male_counts.head()# 计算每种职业的女性数量  
female_counts = df[df['gender'] == 'F'].groupby('occupation')['gender'].count().reset_index(name='FeMaleCount')  
female_counts.head()# 合并两个结果，以计算男性女性占比  
occupation_stats = pd.merge(male_counts, female_counts, on='occupation')
occupation_stats.head()# 计算男性占比  
occupation_stats['MalePercentage'] = (occupation_stats['MaleCount'] / (occupation_stats['MaleCount'] + occupation_stats['FeMaleCount']) ) * 100  
occupation_stats['FeMalePercentage'] = (occupation_stats['FeMaleCount'] / (occupation_stats['MaleCount'] + occupation_stats['FeMaleCount']) ) * 100  # 按男性占比从大到小排序，并且不保留原来的索引  
occupation_stats_sorted = occupation_stats.sort_values(by='MalePercentage', ascending=False).reset_index(drop=True)  # 打印结果  
occupation_stats_sorted.head()

5. pandas函数映射

import pandas as pd
import numpy# 准备数据
df = pd.read_csv('assets/student-mat.csv') #美国学生饮酒消费数据 
display(df.info())
df.head()

问题1：切片列school到列guardian。

df.loc[:,"school":"guardian"]

问题2：创建lambda函数用于将字符串首字母大写，并应用到Mjob和Fjob列数据。

import pandas as pd  # 创建一个lambda函数，用于将字符串的首字母大写  
capitalize_first_letter = lambda x: x[0].upper() + x[1:] if isinstance(x, str) else x  # 应用这个函数到 'Mjob' 列  
df['Mjob'] = df['Mjob'].apply(capitalize_first_letter)  # 应用这个函数到 'Fjob' 列  
df['Fjob'] = df['Fjob'].apply(capitalize_first_letter)  # 查看修改后的DataFrame  
df[['Mjob', 'Fjob']]

问题3：创建函数is_legal()，并应用到数据集，返回一个新列legal_drinker，列元素值为布尔类型，True表示学生年龄大于等于17（合法饮酒），False表示小于17（不合法饮酒）。

import pandas as pd  # 假设 df 是你的 DataFrame，并且它有一个名为 'age' 的列，表示学生的年龄  # 定义 is_legal 函数  
def is_legal(age):  return age >= 17  # 应用 is_legal 函数到 'age' 列，生成新的 'legal_drinker' 列  
df['legal_drinker'] = df['age'].apply(is_legal)  # 查看新生成的 'legal_drinker' 列  
df.head()