Python中pandas groupby()用法案例详解

更新时间：2024年03月21日 11:42:08 作者：高斯小哥

groupby()函数是pandas库中一个非常强大的工具,它允许我们按照一个或多个特征对数据进行分组,并对每个组进行聚合、转换和过滤操作,本文将探讨pandas库中非常强大的groupby()函数,感兴趣的朋友跟随小编一起看看吧

一、为什么需要groupby()？

在处理大量数据时，我们经常需要按照某个或多个特征对数据进行分组，以便更好地理解数据的结构和关系。例如，我们可能希望按照年份、地区或产品类别对数据进行分组，并对每个组进行聚合运算，如求和、平均值、最大值等。这时，groupby()函数就显得非常有用。

二、groupby()的基本用法

首先，我们需要导入pandas库，并创建一个示例数据集。然后，我们可以使用groupby()函数按照指定的列对数据进行分组。

import numpy as np
import pandas as pd
# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)
# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')
# 打印分组后的GroupBy对象
print(grouped)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x000002B2C070B8E0>

上述代码将按照列’A’的值对DataFrame进行分组，并返回一个GroupBy对象。我们可以进一步对这个对象进行聚合运算。

三、聚合运算

GroupBy对象提供了多种聚合函数，如sum()、mean()、max()等。我们可以使用这些函数对每个组进行聚合运算。

import numpy as np
import pandas as pd
# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)
# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')
# 打印分组后的对象
print(grouped)
# 计算每个组的平均值
mean_grouped = grouped.mean()
print(mean_grouped)
# 计算每个组的总和
sum_grouped = grouped.sum()
print(sum_grouped)

输出：

C D
A
bar 0.658173 -0.225388
foo 0.778100 -0.164148
C D
A
bar 1.97452 -0.676164
foo 3.89050 -0.820740

除了内置的聚合函数外，我们还可以使用agg()函数应用自定义的聚合函数。例如，我们可以计算每个组的标准差：

import numpy as np
import pandas as pd
# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)
# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')
# 打印分组后的对象
print(grouped)
# 计算每个组的标准差
std_grouped = grouped.agg(np.std)
print(std_grouped)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x000002B2F480B880>
C D
A
bar 0.101229 0.274698
foo 0.996597 0.812362

四、高级用法与技巧

除了基本的分组和聚合操作外，groupby()还提供了许多高级功能，如应用自定义函数、转换数据等。

🔧 应用自定义函数

我们可以使用apply()方法应用自定义函数到每个组。例如，我们可以定义一个函数来计算每个组的最大值和最小值之差：

import numpy as np
import pandas as pd
# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)
# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')
# 打印分组后的对象
print(grouped)
# 定义一个自定义函数，计算每个组的最大值和最小值之差
def range_diff(group):
    return group.max() - group.min()
# 使用apply()应用自定义函数
diff_grouped = grouped.apply(range_diff)
print(diff_grouped)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x000002ACBD83AA60>
C D
A
bar 2.497695 1.086924
foo 2.826518 2.063781

🔄 数据转换

groupby()还提供了transform()方法，用于将聚合运算的结果广播到原始数据的每一行。这在数据转换中非常有用。

import numpy as np
import pandas as pd
# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)
# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')
# 打印分组后的对象
print(grouped)
# 使用transform()方法将每个组的平均值广播到原始数据的每一行
mean_transformed = grouped['C'].transform('mean')
print(mean_transformed)
# 将转换后的平均值添加到原始DataFrame中
df['C_mean'] = mean_transformed
print(df)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x00000188A56DA8E0>
0 0.344876
1 -1.358760
2 0.344876
3 -1.358760
4 0.344876
5 -1.358760
6 0.344876
7 0.344876
Name: C, dtype: float64
A C D C_mean
0 foo 0.783914 -1.027288 0.344876
1 bar -2.072893 -0.972087 -1.358760
2 foo 0.035637 -0.315908 0.344876
3 bar -1.953068 0.409697 -1.358760
4 foo 0.576048 -0.258289 0.344876
5 bar -0.050318 -1.115734 -1.358760
6 foo 0.093456 0.106227 0.344876
7 foo 0.235322 1.365150 0.344876

🔍 过滤数据

除了聚合和转换外，我们还可以使用filter()方法根据条件过滤出满足条件的组。

import numpy as np
import pandas as pd
# 创建一个简单的DataFrame
data = {
    'A': ['foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'bar', 'foo', 'foo'],
    'C': np.random.randn(8),
    'D': np.random.randn(8)
}
df = pd.DataFrame(data)
# 使用groupby按列'A'进行分组
grouped = df.groupby('A')
# 打印分组后的对象
print(grouped)
# 使用filter()方法过滤出满足条件的组（例如，组的大小大于3）
filtered_groups = grouped.filter(lambda x: len(x) > 3)
print(filtered_groups)

输出：

<pandas.core.groupby.generic.DataFrameGroupBy object at 0x0000015ADE2FA940>
A C D
0 foo 1.967217 0.005976
2 foo 0.950149 0.098143
4 foo 0.568101 1.461587
6 foo -1.905337 -1.106591
7 foo -0.168686 0.692850

五、实际案例应用

最后，让我们通过一个实际案例来演示如何应用groupby()函数进行数据分析和清洗。

假设我们有一个包含销售数据的DataFrame，其中包含日期、地区、产品名称、销售额等列。我们希望按地区和产品名称对数据进行分组，并计算每个组的总销售额。

import numpy as np
import pandas as pd
# 创建一个包含销售数据的DataFrame
sales_data = {
    'date': pd.date_range(start='2023-01-01', periods=100),
    'region': np.random.choice(['North', 'South', 'East', 'West'], size=100),
    'product': np.random.choice(['Product A', 'Product B', 'Product C'], size=100),
    'sales': np.random.rand(100) * 1000
}
df_sales = pd.DataFrame(sales_data)
# 按地区和产品名称对数据进行分组，并计算总销售额
grouped_sales = df_sales.groupby(['region', 'product'])['sales'].sum().reset_index()
# 打印分组后的销售额
print(grouped_sales)

输出：

region product sales
0 East Product A 2728.679432
1 East Product B 1847.966730
2 East Product C 4518.356763
3 North Product A 5882.374531
4 North Product B 5519.364196
5 North Product C 4229.953852
6 South Product A 5303.784425
7 South Product B 2321.080682
8 South Product C 4239.002167
9 West Product A 1689.650513
10 West Product B 4002.790867
11 West Product C 4894.553548

在这个案例中，我们首先创建了一个包含销售数据的DataFrame。然后，我们使用groupby()函数按地区和产品名称对数据进行分组，并使用sum()函数计算每个组的总销售额。最后，我们使用reset_index()函数将结果转换为一个新的DataFrame，并打印出来。

六、总结

groupby()函数是pandas库中一个非常强大的工具，它允许我们按照一个或多个特征对数据进行分组，并对每个组进行聚合、转换和过滤操作。通过熟练掌握groupby()函数的用法，我们可以更高效地处理和分析大量数据，从而洞察数据的内在结构和关系。希望这篇博客能够帮助你更好地理解和应用groupby()函数！

七、期待与你共同进步

到此这篇关于Python中pandas groupby()用法详解的文章就介绍到这了,更多相关pandas groupby()用法内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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