1. 引言
在数据分析工作中，我们经常需要从庞大的数据集中提取符合特定条件的信息，并对其进行聚合统计。一个常见的场景是，我们需要识别数据中某些关键指标缺失（表示为nan）的记录，并进一步分析这些缺失值在不同维度上的分布情况。例如，在一个包含空间维度、时间维度和数值的数据集中，我们可能需要找出所有数值缺失的记录，然后统计每个空间维度和时间维度组合下有多少这样的记录。pandas库提供了强大而灵活的功能来高效完成此类任务。
2. 数据准备
为了演示，我们首先需要一个示例数据集。假设我们的数据存储在一个CSV文件中，名为space.csv，其内容如下：
Id,SpatialDimType,SpatialDim,TimeDim,Value,NumericValue,Low,High 32256659,COUNTRY,AND,2022,No data,,, 32256659,COUNTRY,AND,2022,No data,,, 32256659,COUNTRY,AND,2023,No data,,, 32256661,COUNTRY,ATG,2022,No data,,, 32256664,COUNTRY,AUS,2001,No data,,, 32256664,COUNTRY,AUS,2001,No data,,, 32256664,COUNTRY,AUS,2001,No data,,, 32256664,COUNTRY,AUS,2004,No data,,, 32256664,COUNTRY,AUS,2004,No data,,, 32256665,COUNTRY,AUT,2004,No data,,,
请注意，NumericValue列中存在缺失值，在CSV中表现为空白。Pandas在读取时会自动将其识别为NaN。
3. 实现步骤与代码示例
整个处理流程可以分为两个主要步骤：首先是筛选出NumericValue为NaN的行，然后是根据SpatialDim和TimeDim进行分组并计数。
步骤一：加载数据并筛选缺失值
我们使用pandas.read_csv函数加载数据。接着，利用布尔索引和isna()方法来筛选出NumericValue列中值为NaN的行。
import pandas as pd
import io
# 模拟从CSV文件读取数据
csv_data = """Id,SpatialDimType,SpatialDim,TimeDim,Value,NumericValue,Low,High
32256659,COUNTRY,AND,2022,No data,,,
32256659,COUNTRY,AND,2022,No data,,,
32256659,COUNTRY,AND,2023,No data,,,
32256661,COUNTRY,ATG,2022,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2001,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2001,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2001,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2004,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2004,No data,,,
32256665,COUNTRY,AUT,2004,No data,,,
"""
df = pd.read_csv(io.StringIO(csv_data))
# 筛选出NumericValue为NaN的行
df_filtered = df[df['NumericValue'].isna()]
print("筛选出NumericValue为NaN的行：")
print(df_filtered)
print("\n" + "="*50 + "\n")上述代码中，df['NumericValue'].isna()会返回一个布尔Series，其中True表示对应位置的值为NaN，False则不是。将此布尔Series作为索引传递给DataFrame，即可选出所有NumericValue为NaN的行。
步骤二：按多列分组并计数
在筛选出目标行之后，我们需要根据SpatialDim和TimeDim两列进行分组，并计算每个分组的记录数量。
# 对筛选后的数据按'SpatialDim'和'TimeDim'进行分组，并计算每个组的大小
# .size() 方法返回每个组的行数（即计数）
# .reset_index(name='count') 将分组结果转换为DataFrame，并将计数列命名为'count'
result_df = df_filtered.groupby(
by=['SpatialDim', 'TimeDim']
).size().reset_index(name='count')
print("按SpatialDim和TimeDim分组后的计数结果：")
print(result_df)代码解释：
- df_filtered.groupby(by=['SpatialDim', 'TimeDim']): 这一步创建了一个GroupBy对象，它将DataFrame按照SpatialDim和TimeDim两列的唯一组合进行分组。
- .size(): 这是GroupBy对象的一个方法，它会计算每个组中元素的数量。结果是一个Series，其索引是分组的键（SpatialDim和TimeDim的组合），值是对应的计数。
- .reset_index(name='count'): size()返回的Series的索引是多层索引（SpatialDim和TimeDim）。reset_index()方法会将这些索引转换为普通的列。name='count'参数用于指定新生成的计数列的名称。
4. 完整代码示例
将上述两个步骤整合，得到完整的解决方案：
import pandas as pd
import io
# 模拟从CSV文件读取数据
csv_data = """Id,SpatialDimType,SpatialDim,TimeDim,Value,NumericValue,Low,High
32256659,COUNTRY,AND,2022,No data,,,
32256659,COUNTRY,AND,2022,No data,,,
32256659,COUNTRY,AND,2023,No data,,,
32256661,COUNTRY,ATG,2022,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2001,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2001,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2001,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2004,No data,,,
32256664,COUNTRY,AUS,2004,No data,,,
32256665,COUNTRY,AUT,2004,No data,,,
"""
# 使用io.StringIO模拟文件读取，实际应用中替换为 pd.read_csv('./space.csv')
df = pd.read_csv(io.StringIO(csv_data))
# 1. 筛选NumericValue为NaN的行
df_filtered = df[df['NumericValue'].isna()]
# 2. 按'SpatialDim'和'TimeDim'分组并计数
# .size() 返回每个组的元素数量
# .reset_index(name='count') 将分组结果的索引重置为列，并将计数列命名为'count'
final_counts = df_filtered.groupby(
by=['SpatialDim', 'TimeDim']
).size().reset_index(name='count')
print(final_counts)输出结果：
SpatialDim TimeDim count 0 AND 2022 2 1 AND 2023 1 2 ATG 2022 1 3 AUS 2001 3 4 AUS 2004 2 5 AUT 2004 1
这个结果清晰地展示了每个SpatialDim和TimeDim组合下，NumericValue为NaN的记录数量。
5. 注意事项与扩展
- 缺失值的表示： Pandas通常将空字符串、None、np.nan等识别为缺失值。在读取数据时，可以通过na_values参数指定额外的缺失值表示。
- 其他聚合操作： 除了size()用于计数，groupby对象还支持多种聚合函数，如mean()（平均值）、sum()（总和）、min()（最小值）、max()（最大值）、std()（标准差）等。你也可以使用agg()方法同时执行多种聚合。
- value_counts()的替代： 如果只需要对单列进行计数，并且不需要额外的分组，Series.value_counts()是一个更简洁的选择。但对于多列分组计数，groupby().size()或groupby().count()是标准做法。
- 性能优化： 对于非常大的数据集，考虑使用Dask或PySpark等分布式计算框架。对于Pandas内部操作，通常其底层C实现已经非常高效。
- 处理非NaN的条件： 如果需要筛选非NaN的值，可以使用df['Column'].notna()。如果需要筛选特定数值，例如NumericValue == 0，直接使用df[df['NumericValue'] == 0]即可。
6. 总结
本文详细阐述了如何利用Pandas库在Python中进行条件数据筛选和多维度分组计数。通过结合isna()进行缺失值过滤和groupby().size().reset_index()进行分组统计，我们能够高效地从复杂数据中提取有价值的聚合信息。掌握这些Pandas核心操作对于数据清洗、探索性数据分析和报告生成至关重要。
