Pandas DataFrame中基于字符串包含与排除的多条件筛选

在数据分析和处理中，我们经常需要根据文本列的内容进行筛选。pandas库提供了强大的字符串方法，其中str.contains()是检查字符串是否包含特定子串的常用工具。然而，当需要同时满足多个条件，例如“包含某个词”并且“不包含另一个词”时，就需要结合pandas的逻辑运算符来构建复杂的筛选表达式。

理解 str.contains() 与布尔索引

df['列名'].str.contains('子串')方法会返回一个布尔Series（布尔序列），其中对应位置的值为True表示该行字符串包含指定子串，False则表示不包含。这个布尔Series可以直接用于DataFrame的布尔索引，从而筛选出符合条件的行。

例如，要筛选出Details列中包含“Mercedes”的行：

import pandas as pd

# 创建示例DataFrame
data = {'Details': ['Mercedes 123', 'Mercedes 456', 'Green not sold', 'BMW 789', 'Mercedes Benz'],
        'Value': [10, 20, 30, 40, 50]}
df = pd.DataFrame(data)

print("原始DataFrame:")
print(df)

# 筛选包含 'Mercedes' 的行
contains_mercedes = df['Details'].str.contains('Mercedes')
print("\n包含 'Mercedes' 的布尔序列:")
print(contains_mercedes)

filtered_df = df[contains_mercedes]
print("\n筛选结果 (包含 'Mercedes'):")
print(filtered_df)

组合多条件逻辑

在Pandas中，对布尔Series进行逻辑运算时，需要使用特定的位运算符：

• & (与/AND)：当且仅当两个条件都为True时，结果为True。
• | (或/OR)：当至少一个条件为True时，结果为True。
• ~ (非/NOT)：对条件进行取反，True变为False，False变为True。

重要提示： 请勿使用Python原生的and、or、not关键字直接对Pandas布尔Series进行操作，因为它们会尝试评估整个Series的真值，而不是进行元素级的逻辑运算，这通常会导致ValueError。

实现“包含A且不包含B”的逻辑

假设我们需要筛选出Details列中包含“Mercedes”但不包含“123”的行。这可以分解为两个条件：

1. Details列包含“Mercedes”。
2. Details列不包含“123”。

将这两个条件用逻辑“与”连接起来，并对第二个条件进行“非”操作，表达式如下：

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df['Details'].str.contains('Mercedes') & ~df['Details'].str.contains('123')

下面通过一个具体的例子来演示如何应用这种逻辑，并结合df.mask()方法来更新DataFrame中的值：

import pandas as pd

# 创建示例DataFrame
data = {'Details': ['Mercedes 123', 'Mercedes 456', 'Green not sold', 'BMW 789', 'Mercedes Benz', 'Mercedes AMG 123'],
        'check': ['Initial Value'] * 6}
df = pd.DataFrame(data)

print("原始DataFrame:")
print(df)

# 定义要替换的值
color1_val = "Mercedes 123 Matched"
color2_val = "Mercedes without 123"

# 场景1: 包含 'Mercedes' 且包含 '123'
# 对应原始问题中想实现但不是最终目标的情况
df_scenario1 = df.copy()
condition_both = df_scenario1['Details'].str.contains('Mercedes') & df_scenario1['Details'].str.contains('123')
df_scenario1['check'] = df_scenario1['check'].mask(condition_both, color1_val)
print("\n场景1: 包含 'Mercedes' 且包含 '123' 的结果:")
print(df_scenario1)

# 场景2: 包含 'Mercedes' 且不包含 '123'
# 这是本教程的核心解决方案
df_scenario2 = df.copy()
condition_mercedes_not_123 = df_scenario2['Details'].str.contains('Mercedes') & ~df_scenario2['Details'].str.contains('123')
df_scenario2['check'] = df_scenario2['check'].mask(condition_mercedes_not_123, color2_val)
print("\n场景2: 包含 'Mercedes' 且不包含 '123' 的结果:")
print(df_scenario2)

# 也可以直接用于筛选行
filtered_rows = df[condition_mercedes_not_123]
print("\n直接筛选出包含 'Mercedes' 且不包含 '123' 的行:")
print(filtered_rows)

在上述代码中：

• df_scenario1演示了如何查找同时满足两个“包含”条件的行。
• df_scenario2则展示了如何利用~运算符实现“包含A且不包含B”的复杂逻辑。df.mask(condition, value)方法会根据condition（一个布尔Series）为True的位置，将DataFrame中对应列的值替换为value。

注意事项与最佳实践

1. 处理缺失值 (NaN)： 默认情况下，如果字符串列中存在NaN值，str.contains()会返回NaN。这在布尔索引中可能导致问题。为了避免这种情况，可以在str.contains()中设置na=False（或na=True，根据需求决定），它会将NaN值视为False（或True）。

   # 示例：处理NaN
   df_nan = pd.DataFrame({'Text': ['apple', 'banana', None, 'orange']})
   print("\n包含NaN的DataFrame:")
   print(df_nan)
   # 默认行为，None会是NaN
   print(df_nan['Text'].str.contains('a'))
   # 设置na=False，将NaN视为False
   print(df_nan['Text'].str.contains('a', na=False))

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2. 忽略大小写 (case-insensitive)： 如果需要进行不区分大小写的匹配，可以将case=False参数传递给str.contains()。

   df_case = pd.DataFrame({'Product': ['Apple', 'apple', 'Banana']})
   print("\n不区分大小写匹配:")
   print(df_case['Product'].str.contains('apple', case=False))

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3. 使用正则表达式 (regex)： str.contains()默认支持正则表达式。如果需要更复杂的模式匹配，可以利用正则表达式的强大功能。例如，匹配“Mercedes”或“BMW”：

   print("\n使用正则表达式匹配 'Mercedes' 或 'BMW':")
   print(df['Details'].str.contains('Mercedes|BMW'))

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4. 括号的重要性： 在组合多个条件时，使用括号()明确表达式的优先级非常重要，尤其是在涉及&、|和~时，以避免逻辑错误。

总结

通过本教程，我们深入探讨了如何在Pandas DataFrame中利用str.contains()方法结合逻辑运算符&（与）和~（非）实现复杂的字符串条件筛选。掌握这种技巧能够极大地提升数据清洗和预处理的效率，帮助用户从海量文本数据中精准地提取所需信息。记住，在Pandas中进行元素级布尔运算时，务必使用位运算符&、|和~，并合理利用na和case参数来处理特殊情况。

以上就是Pandas DataFrame中基于字符串包含与排除的多条件筛选的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！