Pandas DataFrame多列自定义排序：实现复杂排序逻辑

在数据分析中，我们经常需要根据多个列对dataframe进行排序，并且每列可能需要不同的排序方向（例如，第一列升序，第二列降序）。pandas库提供了强大的dataframe.sort_values()方法来满足这一需求。

核心方法：DataFrame.sort_values()

DataFrame.sort_values()方法是Pandas中用于对DataFrame进行排序的主要工具。它允许我们指定一个或多个列作为排序依据，并控制每列的排序方向。

主要参数：

• by: 必需参数，用于指定排序的列。它可以是一个字符串（单个列名）或一个字符串列表（多个列名）。当提供列表时，排序将按照列表中列的顺序依次进行。
• ascending: 可选参数，用于指定排序方向。
  • 如果是一个布尔值（True或False），则所有by参数指定的列都将按照这个方向排序。True表示升序（默认），False表示降序。
  • 如果是一个布尔值列表，其长度必须与by参数中的列名列表长度相同。列表中每个布尔值对应by列表中相应列的排序方向。这是实现多列自定义排序的关键。
• inplace: 可选参数，布尔值。如果设置为True，则直接修改原DataFrame，不返回新的DataFrame。默认为False。

实现多列自定义排序

要实现对DataFrame的多列进行自定义排序，例如第一列升序、第二列降序、第三列升序，我们需要将by参数设置为一个包含所有排序列的列表，并将ascending参数设置为一个与by列表长度相同的布尔值列表，其中每个布尔值对应其所在位置的列的排序方向。

示例代码：

假设我们有一个包含学生信息（姓名、班级、分数）的DataFrame，我们希望先按班级升序排序，然后按分数降序排序，最后按姓名升序排序。

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import pandas as pd

# 创建一个示例DataFrame
data = {
    '班级': ['A', 'B', 'A', 'C', 'B', 'A', 'C', 'B'],
    '姓名': ['张三', '李四', '王五', '赵六', '孙七', '周八', '吴九', '郑十'],
    '分数': [85, 92, 78, 95, 88, 90, 75, 82]
}
df = pd.DataFrame(data)

print("原始DataFrame:")
print(df)

# 按照 '班级' 升序，'分数' 降序，'姓名' 升序进行排序
# 对应的 ascending 参数为 [True, False, True]
sorted_df = df.sort_values(by=['班级', '分数', '姓名'], ascending=[True, False, True])

print("\n排序后的DataFrame:")
print(sorted_df)

代码解释：

1. by=['班级', '分数', '姓名']：指定了排序的优先级。首先按班级排序，然后按分数排序，最后按姓名排序。
2. ascending=[True, False, True]：这是一个布尔值列表，与by列表中的列一一对应。
   • True对应班级，表示班级列按升序排序。
   • False对应分数，表示分数列按降序排序。
   • True对应姓名，表示姓名列按升序排序。

运行上述代码，您将看到DataFrame首先按照班级字母顺序排列，在同一班级内，学生将按照分数从高到低排列，如果分数也相同，则按姓名拼音或笔画顺序排列。

注意事项

• 参数列表长度一致性：当by参数是一个列表时，ascending参数也必须是一个与by列表长度相同的布尔值列表。否则，Pandas会抛出ValueError。
• 原地修改与返回新DataFrame：sort_values()默认返回一个新的排序后的DataFrame，而不修改原始DataFrame。如果您希望直接修改原始DataFrame，请设置inplace=True。例如：df.sort_values(by=['A', 'B'], ascending=[True, False], inplace=True)。
• 缺失值处理：sort_values()默认将缺失值（NaN）放在排序结果的末尾。您可以通过na_position参数来控制缺失值的位置（'first'或'last'）。

总结

DataFrame.sort_values()方法是Pandas中进行数据整理和分析的强大工具。通过灵活运用by和ascending参数，我们可以轻松实现复杂的、多列、自定义排序方向的需求，从而更好地理解和展示数据。掌握这一方法对于高效的Pandas数据处理至关重要。

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