如何在GeoDataFrame中高效选择单个值：理解索引与位置

理解GeoDataFrame与DataFrame的索引机制

geodataframe是pandas dataframe的扩展，专门用于处理地理空间数据。在索引和选择数据方面，geodataframe的行为与pandas dataframe完全一致。然而，许多用户在对数据进行过滤操作后，尝试通过原始索引访问数据时会遇到困惑。

问题根源：过滤操作后的索引保留

当我们从一个GeoDataFrame（或DataFrame）中根据条件筛选出子集时，新生成的子集GeoDataFrame会默认保留原始GeoDataFrame的索引。这意味着，如果原始GeoDataFrame的索引不是从0开始连续的，或者在过滤后某些索引被跳过，那么新子集的索引也将是不连续的。

考虑以下GeoPandas示例：

import geopandas as gpd

# 加载世界地图数据
world = gpd.read_file(gpd.datasets.get_path('naturalearth_lowres'))

# 筛选出法国和比利时
BeFra = world.loc[world['name'].isin(['France', 'Belgium'])]

# 打印筛选后的GeoDataFrame，观察其索引
print(BeFra)

运行上述代码，你可能会看到类似以下的输出：

        pop_est continent  ... gdp_md_est                                           geometry
43   67059887.0    Europe  ...    2715518  MULTIPOLYGON (((-51.65780 4.15623, -52.24934 3...
129  11484055.0    Europe  ...     533097  POLYGON ((6.15666 50.80372, 6.04307 50.12805, ...

从输出中可以看出，BeFra GeoDataFrame只包含两行数据，它们的索引分别是43和129。原始的索引0、1、2等已经不存在于BeFra中。因此，如果此时尝试使用 BeFra['geometry'][0] 来访问第一个几何对象，系统会因为找不到索引0而抛出KeyError。

相比之下，如果直接创建一个新的Pandas DataFrame，其默认索引就是从0开始连续的：

import pandas as pd

data = [['tom', 10], ['nick', 15], ['juli', 14]]
df = pd.DataFrame(data, columns=['Name', 'Age'])

print(df)
print(df['Name'][0]) # 此时可以成功访问，因为索引0存在

这个例子成功的原因在于df的索引是0, 1, 2，所以df['Name'][0]是有效的。

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使用.iloc进行基于位置的选择

解决上述问题的关键在于理解Pandas（以及GeoPandas）提供了两种主要的索引方式：

1. .loc：基于标签（label）或索引（index）进行选择。当你需要根据行或列的名称来选择数据时使用。
2. .iloc：基于整数位置（integer position）进行选择。当你需要根据行或列在DataFrame中的物理位置（从0开始计数）来选择数据时使用。

在数据经过过滤导致索引不连续的情况下，.iloc是访问特定位置元素的理想选择。要选择BeFra GeoDataFrame中的第一个几何对象，无论其原始索引是什么，我们都可以使用iloc[0]来获取第一行，然后选择'geometry'列：

import geopandas as gpd

world = gpd.read_file(gpd.datasets.get_path('naturalearth_lowres'))
BeFra = world.loc[world['name'].isin(['France', 'Belgium'])]

# 使用 .iloc[0] 获取第一行，然后选择 'geometry' 列
first_geometry = BeFra.iloc[0]['geometry']

print(f"成功选择的第一个几何对象类型: {first_geometry.geom_type}")
# 打印几何对象的WKT表示（截取前50字符）
print(f"其WKT表示的前50字符: {str(first_geometry.wkt)[:50]}...")

BeFra.iloc[0]会返回一个Series对象，代表BeFra中的第一行数据。然后，你可以像访问字典一样通过列名（例如'geometry'）来获取该行的特定列值。

注意事项与最佳实践

• 理解.loc与.iloc的区别： 这是Pandas数据操作的核心概念。.loc用于标签索引，.iloc用于整数位置索引。在GeoDataFrame中同样适用。
• 过滤操作后的索引： 始终记住，过滤操作（如df.loc[condition]）会保留原始索引。如果需要一个从0开始的连续索引，可以考虑使用reset_index(drop=True)。

  # 示例：重置索引以获得连续的0-based索引
  BeFra_reset = BeFra.reset_index(drop=True)
  print(BeFra_reset)
  # 此时，BeFra_reset['geometry'][0] 将会正常工作
  print(f"重置索引后，通过索引0获取的几何对象类型: {BeFra_reset['geometry'][0].geom_type}")

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  使用drop=True参数可以避免将旧索引添加为一个新的列。

• 明确意图： 在进行数据选择时，明确你是想通过标签/索引来选择（使用.loc），还是想通过物理位置来选择（使用.iloc）。这有助于选择正确的工具并避免常见的错误。
• 链式索引的潜在问题： 避免使用链式索引（如df['col'][0]）。虽然在某些情况下它可能有效，但在更复杂的场景中可能导致SettingWithCopyWarning或其他不可预测的行为。推荐使用.loc或.iloc进行单步的、明确的索引操作，例如df.loc[row_indexer, col_indexer]或df.iloc[row_indexer, col_indexer]。

总结

GeoDataFrame在索引行为上与Pandas DataFrame保持一致，因此理解Pandas的索引机制对于高效操作GeoDataFrame至关重要。在对GeoDataFrame进行过滤操作后，由于原始索引的保留，直接通过非连续的索引值访问数据会失败。通过掌握.iloc进行基于位置的选择，或者在必要时使用reset_index(drop=True)来重置索引，可以有效解决这一问题。选择合适的索引方法，将使你在处理地理空间数据时更加游刃有余。

以上就是如何在GeoDataFrame中高效选择单个值：理解索引与位置的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！