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74. 深入浅出 pandas 3

发布于 2024-06-18 22:18:13 字数 64623 浏览 0 评论 0 收藏 0

在完成数据加载之后，我们可能需要对事实表和维度表进行连接，这是对数据进行多维度拆解的基础；我们可能从不同的数据源加载了结构相同的数据，我们需要将这些数据拼接起来；我们把这些操作统称为数据重塑。当然，由于企业的信息化水平以及数据中台建设水平的差异，我们拿到的数据未必是质量很好的，可能还需要对数据中的缺失值、重复值、异常值进行适当的处理。即便我们获取的数据在质量上是没有问题的，但也可能需要对数据进行一系列的预处理，才能满足我们做数据分析的需求。接下来，我们就为大家讲解和梳理这方面的知识。

数据重塑

有的时候，我们做数据分析需要的原始数据可能并不是来自一个地方，就像上一章的例子中，我们从关系型数据库中读取了三张表，得到了三个DataFrame对象，但实际工作可能需要我们把他们的数据整合到一起。例如：emp_df和emp2_df其实都是员工的数据，而且数据结构完全一致，我们可以使用pandas提供的concat函数实现两个或多个DataFrame的数据拼接，代码如下所示。

all_emp_df = pd.concat([emp_df, emp2_df])

输出：

        ename    job        mgr      sal     comm    dno
eno
1359    胡一刀    销售员       3344.0    1800    200.0    30
2056    乔峰        分析师        7800.0     5000     1500.0     20
3088    李莫愁       设计师       2056.0    3500    800.0    20
3211    张无忌       程序员       2056.0    3200    NaN     20
3233    丘处机       程序员       2056.0    3400    NaN        20
3244    欧阳锋       程序员       3088.0    3200    NaN     20
3251    张翠山       程序员       2056.0    4000    NaN        20
3344    黄蓉        销售主管   7800.0    3000    800.0    30
3577    杨过        会计         5566.0      2200      NaN      10
3588    朱九真       会计        5566.0     2500     NaN     10
4466    苗人凤       销售员       3344.0    2500    NaN        30
5234    郭靖        出纳         5566.0      2000      NaN      10
5566    宋远桥       会计师       7800.0    4000    1000.0    10
7800    张三丰       总裁        NaN      9000     1200.0     20
9500    张三丰       总裁        NaN         50000     8000.0     20
9600    王大锤    程序员       9800.0    8000    600.0    20
9700    张三丰       总裁        NaN         60000     6000.0     20
9800    骆昊        架构师        7800.0     30000     5000.0     20
9900    陈小刀       分析师       9800.0    10000    1200.0    20

上面的代码将两个代表员工数据的DataFrame拼接到了一起，接下来我们使用merge函数将员工表和部门表的数据合并到一张表中，代码如下所示。

先使用reset_index方法重新设置all_emp_df的索引，这样eno 不再是索引而是一个普通列，reset_index方法的inplace参数设置为True表示，重置索引的操作直接在all_emp_df上执行，而不是返回修改后的新对象。

all_emp_df.reset_index(inplace=True)

通过merge函数合并数据，当然，也可以调用DataFrame对象的merge方法来达到同样的效果。

pd.merge(all_emp_df, dept_df, how='inner', on='dno')

输出：

    eno        ename    job         mgr     sal     comm     dno    dname     dloc
0    1359    胡一刀     销售员    3344.0    1800    200.0    30       销售部     重庆
1    3344    黄蓉      销售主管    7800.0    3000    800.0    30       销售部     重庆
2    4466    苗人凤     销售员    3344.0    2500    NaN        30       销售部     重庆
3    2056    乔峰      分析师     7800.0     5000     1500.0     20        研发部      成都
4    3088    李莫愁     设计师    2056.0    3500    800.0    20       研发部     成都
5    3211    张无忌  程序员    2056.0    3200    NaN        20       研发部     成都
6    3233    丘处机     程序员    2056.0    3400    NaN        20       研发部     成都
7    3244    欧阳锋     程序员    3088.0    3200    NaN        20       研发部     成都
8    3251    张翠山     程序员    2056.0    4000    NaN        20       研发部     成都
9    7800    张三丰     总裁         NaN     9000     1200.0     20        研发部      成都
10    9500    张三丰     总裁         NaN     50000     8000.0     20        研发部      成都
11    9600    王大锤     程序员    9800.0    8000    600.0    20       研发部     成都
12    9700    张三丰     总裁         NaN     60000     6000.0     20        研发部      成都
13    9800    骆昊      架构师     7800.0     30000     5000.0     20        研发部      成都
14    9900    陈小刀     分析师    9800.0    10000    1200.0    20       研发部     成都
15    3577    杨过      会计      5566.0  2200      NaN      10    会计部      北京
16    3588    朱九真     会计         5566.0     2500     NaN     10       会计部     北京
17    5234    郭靖      出纳      5566.0  2000      NaN      10    会计部      北京
18    5566    宋远桥     会计师    7800.0    4000    1000.0    10      会计部    北京

merge函数的一个参数代表合并的左表、第二个参数代表合并的右表，有SQL编程经验的同学对这两个词是不是感觉到非常亲切。正如大家猜想的那样，DataFrame对象的合并跟数据库中的表连接非常类似，所以上面代码中的how代表了合并两张表的方式，有left、right、inner、outer四个选项；而on则代表了基于哪个列实现表的合并，相当于 SQL 表连接中的连表条件，如果左右两表对应的列列名不同，可以用left_on和right_on参数取代on参数分别进行指定。

如果对上面的代码稍作修改，将how参数修改为'right'，大家可以思考一下代码执行的结果。

pd.merge(all_emp_df, dept_df, how='right', on='dno')

运行结果比之前的输出多出了如下所示的一行，这是因为how='right'代表右外连接，也就意味着右表dept_df中的数据会被完整的查出来，但是在all_emp_df中又没有编号为40 部门的员工，所以对应的位置都被填入了空值。

19    NaN    NaN    NaN    NaN    NaN     NaN    40    运维部    深圳

数据清洗

通常，我们从 Excel、CSV 或数据库中获取到的数据并不是非常完美的，里面可能因为系统或人为的原因混入了重复值或异常值，也可能在某些字段上存在缺失值；再者，DataFrame中的数据也可能存在格式不统一、量纲不统一等各种问题。因此，在开始数据分析之前，对数据进行清洗就显得特别重要。

缺失值

可以使用DataFrame对象的isnull或isna方法来找出数据表中的缺失值，如下所示。

emp_df.isnull()

或者

emp_df.isna()

输出：

        ename   job        mgr     sal     comm    dno
eno                        
1359    False    False    False    False    False    False
2056    False    False    False    False    False    False
3088    False    False    False    False    False    False
3211    False    False    False    False    True    False
3233    False    False    False    False    True    False
3244    False    False    False    False    True    False
3251    False    False    False    False    True    False
3344    False    False    False    False    False    False
3577    False    False    False    False    True    False
3588    False    False    False    False    True    False
4466    False    False    False    False    True    False
5234    False    False    False    False    True    False
5566    False    False    False    False    False    False
7800    False    False    True    False    False    False

相对应的，notnull和notna方法可以将非空的值标记为True。如果想删除这些缺失值，可以使用DataFrame对象的dropna方法，该方法的axis参数可以指定沿着0轴还是1轴删除，也就是说当遇到空值时，是删除整行还是删除整列，默认是沿0轴进行删除的，代码如下所示。

emp_df.dropna()

输出：

        ename   job      mgr     sal    comm     dno
eno                        
1359    胡一刀  销售员    3344.0    1800   200.0    30
2056    乔峰    架构师     7800.0     5000    1500.0     20
3088    李莫愁  设计师    2056.0    3500   800.0    20
3344    黄蓉    销售主管    7800.0    3000   800.0    30
5566    宋远桥  会计师    7800.0    4000   1000.0    10

如果要沿着1轴进行删除，可以使用下面的代码。

emp_df.dropna(axis=1)

输出：

        ename    job      sal    dno
eno                
1359    胡一刀   销售员    1800    30
2056    乔峰     架构师      5000     20
3088    李莫愁   设计师    3500    20
3211    张无忌   程序员    3200    20
3233    丘处机   程序员    3400    20
3244    欧阳锋   程序员    3200    20
3251    张翠山   程序员    4000    20
3344    黄蓉     销售主管  3000    30
3577    杨过     会计       2200      10
3588    朱九真   会计      2500     10
4466    苗人凤   销售员     2500   30
5234    郭靖     出纳      2000   10
5566    宋远桥   会计师    4000   10
7800    张三丰   总裁      9000   20

注意：DataFrame对象的很多方法都有一个名为inplace的参数，该参数的默认值为False，表示我们的操作不会修改原来的DataFrame对象，而是将处理后的结果通过一个新的DataFrame对象返回。如果将该参数的值设置为True，那么我们的操作就会在原来的DataFrame上面直接修改，方法的返回值为None。简单的说，上面的操作并没有修改emp_df，而是返回了一个新的DataFrame对象。

在某些特定的场景下，我们可以对空值进行填充，对应的方法是fillna，填充空值时可以使用指定的值（通过value参数进行指定），也可以用表格中前一个单元格（通过设置参数method=ffill）或后一个单元格（通过设置参数method=bfill）的值进行填充，当代码如下所示。

emp_df.fillna(value=0)

注意：填充的值如何选择也是一个值得探讨的话题，实际工作中，可能会使用某种统计量（如：均值、众数等）进行填充，或者使用某种插值法（如：随机插值法、拉格朗日插值法等）进行填充，甚至有可能通过回归模型、贝叶斯模型等对缺失数据进行填充。

输出：

        ename    job        mgr      sal     comm    dno
eno
1359    胡一刀    销售员       3344.0    1800    200.0    30
2056    乔峰        分析师        7800.0     5000     1500.0     20
3088    李莫愁       设计师       2056.0    3500    800.0    20
3211    张无忌       程序员       2056.0    3200    0.0     20
3233    丘处机       程序员       2056.0    3400    0.0        20
3244    欧阳锋       程序员       3088.0    3200    0.0     20
3251    张翠山       程序员       2056.0    4000    0.0        20
3344    黄蓉        销售主管   7800.0    3000    800.0    30
3577    杨过        会计         5566.0      2200      0.0      10
3588    朱九真       会计        5566.0     2500     0.0     10
4466    苗人凤       销售员       3344.0    2500    0.0        30
5234    郭靖        出纳         5566.0      2000      0.0      10
5566    宋远桥       会计师       7800.0    4000    1000.0    10
7800    张三丰       总裁        0.0      9000     1200.0     20

重复值

接下来，我们先给之前的部门表添加两行数据，让部门表中名为“研发部”和“销售部”的部门各有两个。

dept_df.loc[50] = {'dname': '研发部', 'dloc': '上海'}
dept_df.loc[60] = {'dname': '销售部', 'dloc': '长沙'}
dept_df

输出:

    dname  dloc
dno        
10    会计部    北京
20    研发部    成都
30    销售部    重庆
40    运维部    天津
50    研发部    上海
60    销售部    长沙

现在，我们的数据表中有重复数据了，我们可以通过DataFrame对象的duplicated方法判断是否存在重复值，该方法在不指定参数时默认判断行索引是否重复，我们也可以指定根据部门名称dname判断部门是否重复，代码如下所示。

dept_df.duplicated('dname')

输出：

dno
10    False
20    False
30    False
40    False
50     True
60     True
dtype: bool

从上面的输出可以看到，50和60两个部门从部门名称上来看是重复的，如果要删除重复值，可以使用drop_duplicates方法，该方法的keep参数可以控制在遇到重复值时，保留第一项还是保留最后一项，或者多个重复项一个都不用保留，全部删除掉。

dept_df.drop_duplicates('dname')

输出：

    dname    dloc
dno        
10    会计部    北京
20    研发部    成都
30    销售部    重庆
40    运维部    天津

将keep参数的值修改为last。

dept_df.drop_duplicates('dname', keep='last')

输出：

    dname    dloc
dno        
10    会计部    北京
40    运维部    天津
50    研发部    上海
60    销售部    长沙

使用同样的方式，我们也可以清除all_emp_df中的重复数据，例如我们认定“ename”和“job”两个字段完全相同的就是重复数据，我们可以用下面的代码去除重复数据。

all_emp_df.drop_duplicates(['ename', 'job'], inplace=True)

说明：上面的drop_duplicates方法添加了参数inplace=True，该方法不会返回新的DataFrame对象，而是在原来的DataFrame对象上直接删除，大家可以查看all_emp_df看看是不是已经移除了重复的员工数据。

异常值

异常值在统计学上的全称是疑似异常值，也称作离群点（outlier），异常值的分析也称作离群点分析。异常值是指样本中出现的“极端值”，数据值看起来异常大或异常小，其分布明显偏离其余的观测值。实际工作中，有些异常值可能是由系统或人为原因造成的，但有些异常值却不是，它们能够重复且稳定的出现，属于正常的极端值，例如很多游戏产品中头部玩家的数据往往都是离群的极端值。所以，我们既不能忽视异常值的存在，也不能简单地把异常值从数据分析中剔除。重视异常值的出现，分析其产生的原因，常常成为发现问题进而改进决策的契机。

异常值的检测有Z-score 方法、IQR 方法、DBScan 聚类、孤立森林等，这里我们对前两种方法做一个简单的介绍。

如果数据服从正态分布，依据3σ法则，异常值被定义与平均值的偏差超过三倍标准差的值。在正态分布下，距离平均值3σ之外的值出现的概率为$ P(|x-\mu|>3\sigma)<0.003 $，属于小概率事件。如果数据不服从正态分布，那么可以用远离均值的多少倍的标准差来描述，这里的倍数就是Z-score。Z-score以标准差为单位去度量某一原始分数偏离平均值的距离，公式如下所示。

$$ z = \frac {X - \mu} {\sigma} \ |z| > 3

$$ Z-score需要根据经验和实际情况来决定，通常把远离标准差3倍距离以上的数据点视为离群点，下面的代给出了如何通过Z-score方法检测异常值。

def detect_outliers_zscore(data, threshold=3):
    avg_value = np.mean(data)
    std_value = np.std(data)
    z_score = np.abs((data - avg_value) / std_value)
    return data[z_score > threshold]

IQR 方法中的IQR（Inter-Quartile Range）代表四分位距离，即上四分位数（Q3）和下四分位数（Q1）的差值。通常情况下，可以认为小于 $ Q1 - 1.5 \times IQR $ 或大于 $ Q3 + 1.5 \times IQR $ 的就是异常值，而这种检测异常值的方法也是箱线图（后面会讲到）默认使用的方法。下面的代码给出了如何通过 IQR 方法检测异常值。

def detect_outliers_iqr(data, whis=1.5):
    q1, q3 = np.quantile(data, [0.25, 0.75])
    iqr = q3 - q1
    lower, upper = q1 - whis * iqr, q3 + whis * iqr
    return data[(data < lower) | (data > upper)]

如果要删除异常值，可以使用DataFrame对象的drop方法，该方法可以根据行索引或列索引删除指定的行或列。例如我们认为月薪低于2000或高于8000的是员工表中的异常值，可以用下面的代码删除对应的记录。

emp_df.drop(emp_df[(emp_df.sal > 8000) | (emp_df.sal < 2000)].index)

如果要替换掉异常值，可以通过给单元格赋值的方式来实现，也可以使用replace方法将指定的值替换掉。例如我们要将月薪为1800和9000的替换为月薪的平均值，补贴为800的替换为1000，代码如下所示。

avg_sal = np.mean(emp_df.sal).astype(int)
emp_df.replace({'sal': [1800, 9000], 'comm': 800}, {'sal': avg_sal, 'comm': 1000})

预处理

对数据进行预处理也是一个很大的话题，它包含了对数据的拆解、变换、归约、离散化等操作。我们先来看看数据的拆解。如果数据表中的数据是一个时间日期，我们通常都需要从年、季度、月、日、星期、小时、分钟等维度对其进行拆解，如果时间日期是用字符串表示的，可以先通过pandas的to_datetime函数将其处理成时间日期。

在下面的例子中，我们先读取 Excel 文件，获取到一组销售数据，其中第一列就是销售日期，我们将其拆解为“月份”、“季度”和“星期”，代码如下所示。

sales_df = pd.read_excel(
    'data/2020年销售数据.xlsx',
    usecols=['销售日期', '销售区域', '销售渠道', '品牌', '销售额']
)
sales_df.info()

说明：上面代码中使用了相对路径来获取 Excel 文件，也就是说 Excel 文件在当前工作路径下名为data的文件夹中。如果需要上面例子中的 Excel 文件，可以通过下面的百度云盘地址进行获取。链接：https://pan.baidu.com/s/1rQujl5RQn9R7PadB2Z5g_g，提取码：e7b4。

输出：

<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 1945 entries, 0 to 1944
Data columns (total 5 columns):
 #   Column  Non-Null Count  Dtype         
---  ------  --------------  -----         
 0   销售日期    1945 non-null   datetime64[ns]
 1   销售区域    1945 non-null   object        
 2   销售渠道    1945 non-null   object        
 3   品牌        1945 non-null   object        
 4   销售额      1945 non-null   int64         
dtypes: datetime64[ns](1), int64(1), object(3)
memory usage: 76.1+ KB

sales_df['月份'] = sales_df['销售日期'].dt.month
sales_df['季度'] = sales_df['销售日期'].dt.quarter
sales_df['星期'] = sales_df['销售日期'].dt.weekday
sales_df

输出：

        销售日期     销售区域    销售渠道    品牌      销售额    月份    季度    星期
0        2020-01-01    上海         拼多多     八匹马   8217        1     1       2
1        2020-01-01    上海         抖音          八匹马    6351     1      1        2
2        2020-01-01    上海         天猫          八匹马    14365     1      1        2
3        2020-01-01    上海         天猫       八匹马    2366     1      1     2
4        2020-01-01    上海         天猫       皮皮虾    15189     1      1     2
...     ...         ...        ...       ...      ...     ...  ...   ...
1940    2020-12-30    北京         京东          花花姑娘 6994     12     4       2
1941    2020-12-30    福建         实体          八匹马    7663     12      4        2
1942    2020-12-31    福建         实体          花花姑娘 14795    12     4       3
1943    2020-12-31    福建         抖音          八匹马    3481     12      4        3
1944    2020-12-31    福建         天猫          八匹马    2673     12      4        3

在上面的代码中，通过日期时间类型的Series对象的dt 属性，获得一个访问日期时间的对象，通过该对象的year、month、quarter、hour等属性，就可以获取到年、月、季度、小时等时间信息，获取到的仍然是一个Series对象，它包含了一组时间信息，所以我们通常也将这个dt属性称为“日期时间向量”。

我们再来说一说字符串类型的数据的处理，我们先从指定的 Excel 文件中读取某招聘网站的招聘数据。

jobs_df = pd.read_csv(
    'data/某招聘网站招聘数据.csv',
    usecols=['city', 'companyFullName', 'positionName', 'salary']
)
jobs_df.info()

说明：上面代码中使用了相对路径来获取 CSV 文件，也就是说 CSV 文件在当前工作路径下名为data的文件夹中。如果需要上面例子中的 CSV 文件，可以通过下面的百度云盘地址进行获取。链接：https://pan.baidu.com/s/1rQujl5RQn9R7PadB2Z5g_g，提取码：e7b4。

输出：

<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 3140 entries, 0 to 3139
Data columns (total 4 columns):
 #   Column           Non-Null Count  Dtype 
---  ------           --------------  ----- 
 0   city             3140 non-null   object
 1   companyFullName  3140 non-null   object
 2   positionName     3140 non-null   object
 3   salary           3140 non-null   object
dtypes: object(4)
memory usage: 98.2+ KB

查看前5条数据。

jobs_df.head()

输出：

    city    companyFullName              positionName    salary
0   北京      达疆网络科技（上海）有限公司    数据分析岗       15k-30k
1   北京      北京音娱时光科技有限公司        数据分析        10k-18k
2   北京      北京千喜鹤餐饮管理有限公司         数据分析        20k-30k
3   北京      吉林省海生电子商务有限公司         数据分析        33k-50k
4   北京      韦博网讯科技（北京）有限公司    数据分析        10k-15k

上面的数据表一共有3140条数据，但并非所有的职位都是“数据分析”的岗位，如果要筛选出数据分析的岗位，可以通过检查positionName字段是否包含“数据分析”这个关键词，这里需要模糊匹配，应该如何实现呢？我们可以先获取positionName列，因为这个Series对象的dtype是字符串，所以可以通过str属性获取对应的字符串向量，然后就可以利用我们熟悉的字符串的方法来对其进行操作，代码如下所示。

jobs_df = jobs_df[jobs_df.positionName.str.contains('数据分析')]
jobs_df.shape

输出：

(1515, 4)

可以看出，筛选后的数据还有1515条。接下来，我们还需要对salary字段进行处理，如果我们希望统计所有岗位的平均工资或每个城市的平均工资，首先需要将用范围表示的工资处理成其中间值，代码如下所示。

jobs_df.salary.str.extract(r'(\d+)[kK]?-(\d+)[kK]?')

说明：上面的代码通过正则表达式捕获组从字符串中抽取出两组数字，分别对应工资的下限和上限，对正则表达式不熟悉的读者，可以阅读我的知乎专栏“从零开始学Python”中的《正则表达式的应用》一文。

输出：

        0     1
0        15    30
1        10      18
2       20    30
3       33    50
4       10    15
...     ...   ...
3065    8     10
3069    6     10
3070    2     4
3071    6     12
3088    8     12

需要提醒大家的是，抽取出来的两列数据都是字符串类型的值，我们需要将其转换成int类型，才能计算平均值，对应的方法是DataFrame对象的applymap方法，该方法的参数是一个函数，而该函数会作用于DataFrame中的每个元素。完成这一步之后，我们就可以使用apply方法将上面的DataFrame处理成中间值，apply方法的参数也是一个函数，可以通过指定axis参数使其作用于DataFrame 对象的行或列，代码如下所示。

temp_df = jobs_df.salary.str.extract(r'(\d+)[kK]?-(\d+)[kK]?').applymap(int)
temp_df.apply(np.mean, axis=1)

输出：

0       22.5
1       14.0
2       25.0
3       41.5
4       12.5
        ... 
3065    9.0
3069    8.0
3070    3.0
3071    9.0
3088    10.0
Length: 1515, dtype: float64

接下来，我们可以用上面的结果替换掉原来的salary列或者增加一个新的列来表示职位对应的工资，完整的代码如下所示。

temp_df = jobs_df.salary.str.extract(r'(\d+)[kK]?-(\d+)[kK]?').applymap(int)
jobs_df['salary'] = temp_df.apply(np.mean, axis=1)
jobs_df.head()

输出：

    city    companyFullName              positionName    salary
0   北京      达疆网络科技（上海）有限公司    数据分析岗       22.5
1   北京      北京音娱时光科技有限公司        数据分析        14.0
2   北京      北京千喜鹤餐饮管理有限公司         数据分析        25.0
3   北京      吉林省海生电子商务有限公司         数据分析        41.5
4   北京      韦博网讯科技（北京）有限公司    数据分析        12.5

applymap和apply两个方法在数据预处理的时候经常用到，Series对象也有apply方法，也是用于数据的预处理，但是DataFrame对象还有一个名为transform 的方法，也是通过传入的函数对数据进行变换，类似Series对象的map方法。需要强调的是，apply方法具有归约效果的，简单的说就是能将较多的数据处理成较少的数据或一条数据；而transform方法没有归约效果，只能对数据进行变换，原来有多少条数据，处理后还是有多少条数据。

如果要对数据进行深度的分析和挖掘，字符串、日期时间这样的非数值类型都需要处理成数值，因为非数值类型没有办法计算相关性，也没有办法进行$\chi^2$检验等操作。对于字符串类型，通常可以其分为以下三类，再进行对应的处理。

  1. 有序变量（Ordinal Variable）：字符串表示的数据有顺序关系，那么可以对字符串进行序号化处理。
  2. 分类变量（Categorical Variable）/ 名义变量（Nominal Variable）：字符串表示的数据没有大小关系和等级之分，那么就可以使用独热编码的方式处理成哑变量（虚拟变量）矩阵。
  3. 定距变量（Scale Variable）：字符串本质上对应到一个有大小高低之分的数据，而且可以进行加减运算，那么只需要将字符串处理成对应的数值即可。

对于第1类和第3类，我们可以用上面提到的apply或transform方法来处理，也可以利用scikit-learn中的OrdinalEncoder处理第1类字符串，这个我们在后续的课程中会讲到。对于第2类字符串，可以使用pandas的get_dummies()函数来生成哑变量（虚拟变量）矩阵，代码如下所示。

persons_df = pd.DataFrame(
    data={
        '姓名': ['关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠'],
        '职业': ['医生', '医生', '程序员', '画家', '教师'],
        '学历': ['研究生', '大专', '研究生', '高中', '本科']
    }
)
persons_df

输出：

    姓名    职业    学历
0    关羽    医生    研究生
1    张飞    医生    大专
2    赵云    程序员    研究生
3    马超    画家    高中
4    黄忠    教师    本科

将职业处理成哑变量矩阵。

pd.get_dummies(persons_df['职业'])

输出：

    医生 教师  画家  程序员
0    1    0    0    0
1    1    0    0    0
2    0    0    0    1
3    0    0    1    0
4    0    1    0    0

将学历处理成大小不同的值。

def handle_education(x):
    edu_dict = {'高中': 1, '大专': 3, '本科': 5, '研究生': 10}
    return edu_dict.get(x, 0)


persons_df['学历'].apply(handle_education)

输出：

0    10
1     3
2    10
3     1
4     5
Name: 学历, dtype: int64

我们再来说说数据离散化。离散化也叫分箱，如果变量的取值是连续值，那么它的取值有无数种可能，在进行数据分组的时候就会非常的不方便，这个时候将连续变量离散化就显得非常重要。之所以把离散化叫做分箱，是因为我们可以预先设置一些箱子，每个箱子代表了数据取值的范围，这样就可以将连续的值分配到不同的箱子中，从而实现离散化。下面的例子读取了2018年北京积分落户数据，我们可以根据落户积分对数据进行分组，具体的做法如下所示。

luohu_df = pd.read_csv('data/2018年北京积分落户数据.csv', index_col='id')
luohu_df.score.describe()

输出：

count    6019.000000
mean       95.654552
std         4.354445
min        90.750000
25%        92.330000
50%        94.460000
75%        97.750000
max       122.590000
Name: score, dtype: float64

可以看出，落户积分的最大值是122.59，最小值是90.75，那么我们可以构造一个从90分到125分，每5分一组的7个箱子，pandas的cut函数可以帮助我们首先数据分箱，代码如下所示。

bins = np.arange(90, 126, 5)
pd.cut(luohu_df.score, bins, right=False)

说明：cut函数的right参数默认值为True，表示箱子左开右闭；修改为False可以让箱子的右边界为开区间，左边界为闭区间，大家看看下面的输出就明白了。

输出：

id
1       [120, 125)
2       [120, 125)
3       [115, 120)
4       [115, 120)
5       [115, 120)
           ...    
6015      [90, 95)
6016      [90, 95)
6017      [90, 95)
6018      [90, 95)
6019      [90, 95)
Name: score, Length: 6019, dtype: category
Categories (7, interval[int64, left]): [[90, 95) < [95, 100) < [100, 105) < [105, 110) < [110, 115) < [115, 120) < [120, 125)]

我们可以根据分箱的结果对数据进行分组，然后使用聚合函数对每个组进行统计，这是数据分析中经常用到的操作，下一个章节会为大家介绍。除此之外，pandas还提供了一个名为qcut的函数，可以指定分位数对数据进行分箱，有兴趣的读者可以自行研究。

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