5.4 DataFrame运算

学习目标

• 目标

  • 应用add等实现数据间的加、减法运算

  • 应用逻辑运算符号实现数据的逻辑筛选

  • 应用isin, query实现数据的筛选

  • 使用describe完成综合统计

  • 使用max, min, mean, std完成统计计算

  • 使用idxmin、idxmax完成最大值最小值的索引

  • 使用cumsum等实现累计分析

  • 应用apply函数实现数据的自定义处理

1 算术运算

• add(other)

比如进行数学运算加上具体的一个数字

data['open'].add(1)

2018-02-27    24.53
2018-02-26    23.80
2018-02-23    23.88
2018-02-22    23.25
2018-02-14    22.49

• sub(other)'

2 逻辑运算

2.1 逻辑运算符号

• 例如筛选data["open"] > 23的日期数据

  • data["open"] > 23返回逻辑结果

data["open"] > 23

2018-02-27     True
2018-02-26    False
2018-02-23    False
2018-02-22    False
2018-02-14    False

# 逻辑判断的结果可以作为筛选的依据
data[data["open"] > 23].head()

• 完成多个逻辑判断，

data[(data["open"] > 23) & (data["open"] < 24)].head()

2.2 逻辑运算函数

• query(expr)

  • expr:查询字符串

通过query使得刚才的过程更加方便简单

data.query("open<24 & open>23").head()

• isin(values)

例如判断'open'是否为23.53和23.85

# 可以指定值进行一个判断，从而进行筛选操作
data[data["open"].isin([23.53, 23.85])]

3 统计运算

3.1 describe

综合分析: 能够直接得出很多统计结果,count, mean, std, min, max 等

# 计算平均值、标准差、最大值、最小值
data.describe()

3.2 统计函数

Numpy当中已经详细介绍，在这里我们演示min(最小值), max(最大值), mean(平均值), median(中位数), var(方差), std(标准差),mode(众数)结果:

对于单个函数去进行统计的时候，坐标轴还是按照默认列“columns” (axis=0, default)，如果要对行“index” 需要指定(axis=1)

• max()、min()

# 使用统计函数：0 代表列求结果， 1 代表行求统计结果
data.max(0)

open                   34.99
high                   36.35
close                  35.21
low                    34.01
volume             501915.41
price_change            3.03
p_change               10.03
turnover               12.56
my_price_change         3.41
dtype: float64

• std()、var()

# 方差
data.var(0)

open               1.545255e+01
high               1.662665e+01
close              1.554572e+01
low                1.437902e+01
volume             5.458124e+09
price_change       8.072595e-01
p_change           1.664394e+01
turnover           4.323800e+00
my_price_change    6.409037e-01
dtype: float64

# 标准差
data.std(0)

open                   3.930973
high                   4.077578
close                  3.942806
low                    3.791968
volume             73879.119354
price_change           0.898476
p_change               4.079698
turnover               2.079375
my_price_change        0.800565
dtype: float64

• median()：中位数

中位数为将数据从小到大排列，在最中间的那个数为中位数。如果没有中间数，取中间两个数的平均值。

df = pd.DataFrame({'COL1' : [2,3,4,5,4,2],
                   'COL2' : [0,1,2,3,4,2]})

df.median()

COL1    3.5
COL2    2.0
dtype: float64

• idxmax()、idxmin()

# 求出最大值的位置
data.idxmax(axis=0)

open               2015-06-15
high               2015-06-10
close              2015-06-12
low                2015-06-12
volume             2017-10-26
price_change       2015-06-09
p_change           2015-08-28
turnover           2017-10-26
my_price_change    2015-07-10
dtype: object


# 求出最小值的位置
data.idxmin(axis=0)

open               2015-03-02
high               2015-03-02
close              2015-09-02
low                2015-03-02
volume             2016-07-06
price_change       2015-06-15
p_change           2015-09-01
turnover           2016-07-06
my_price_change    2015-06-15
dtype: object

3.3 累计统计函数

那么这些累计统计函数怎么用？

df = pd.DataFrame({'key1': np.arange(10),
                   'key2': np.random.rand(10) * 10})
key1_cumsum = df['key1'].cumsum()
key1_cumsum
0     0
1     1
2     3
3     6
4    10
5    15
key2_cumsum = df['key2'].cumsum()
key2_cumsum
0     5.152192
1    11.741344
2    14.419392
3    20.278640
4    25.613253
5    26.575364
6    33.171501
7    36.012116
8    36.717635
9    40.746190
Name: key2, dtype: float64

以上这些函数可以对series和dataframe操作

这里我们按照时间的从前往后来进行累计

• 排序

# 排序之后，进行累计求和
data = data.sort_index()

• 对p_change进行求和

stock_rise = data['p_change']
# plot方法集成了前面直方图、条形图、饼图、折线图
stock_rise.cumsum()

2015-03-02      2.62
2015-03-03      4.06
2015-03-04      5.63
2015-03-05      7.65
2015-03-06     16.16
2015-03-09     16.37
2015-03-10     18.75
2015-03-11     16.36
2015-03-12     15.03
2015-03-13     17.58
2015-03-16     20.34
2015-03-17     22.42
2015-03-18     23.28
2015-03-19     23.74
2015-03-20     23.48
2015-03-23     23.74

那么如何让这个连续求和的结果更好的显示呢？

如果要使用plot函数，需要导入matplotlib.

import matplotlib.pyplot as plt
# plot显示图形
stock_rise.cumsum().plot()
# 需要调用show，才能显示出结果
plt.show()

关于plot，稍后会介绍API的选择

4 自定义运算

• apply(func, axis=0)

  • func:自定义函数

  • axis=0:默认是列，axis=1为行进行运算

• 定义一个对列，最大值-最小值的函数

data[['open', 'close']].apply(lambda x: x.max() - x.min(), axis=0)

open     22.74
close    22.85
dtype: float64

5 小结

• 算术运算【知道】

• 逻辑运算【知道】

  • 1.逻辑运算符号

  • 2.逻辑运算函数

    • 对象.query()

    • 对象.isin()

• 统计运算【知道】

  • 1.对象.describe()

  • 2.统计函数

  • 3.累积统计函数

• 自定义运算【知道】

  • apply(func, axis=0)