Pandas DataFrame月度数据按季度和年度汇总教程-Python教程-PHP中文网

Pandas DataFrame月度数据按季度和年度汇总教程

霞舞

发布： 2025-09-23 10:29:13

原创

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pandas dataframe月度数据按季度和年度汇总教程

本教程旨在指导用户如何利用Pandas库将包含YYYYMM格式月度数据的宽格式DataFrame，高效地转换为季度和年度汇总数据。文章将详细介绍如何通过melt操作重塑数据、提取时间维度信息，并运用groupby和映射机制实现灵活的季度与年度聚合，最终生成结构清晰的汇总结果。

1. 引言：问题背景与解决方案概述

在数据分析实践中，我们经常会遇到以“宽格式”存储的时间序列数据，其中每个时间点（例如月份）作为独立的列存在。例如，一个DataFrame可能包含多行实体（如产品、区域），而每个实体在不同月份的数值数据则分散在形如YYYYMM的列中。当需要对这些月度数据进行季度或年度层面的汇总分析时，直接对特定列进行硬编码求和会变得非常繁琐且难以维护，尤其当数据的时间范围动态变化时。

本教程将介绍一种灵活且强大的Pandas方法，通过数据重塑（melt）、字符串操作提取时间信息，以及groupby聚合，实现对这类月度数据的自动化季度和年度汇总。

2. 数据准备与转换：从宽格式到长格式

首先，我们创建一个示例DataFrame来模拟原始的宽格式月度数据。为了能够对每行实体（如A、B）进行独立汇总，我们需要在melt操作中保留这些实体标识。

import pandas as pd

# 示例数据
data = {
    '201003': [10, 14],
    '201004': [11, 19],
    '201005': [14, 20],
    '201006': [22, 22],
    '201007': [10, 26],
    '201008': [19, 11],
    '201101': [5, 8],
    '201102': [7, 12],
    '201103': [9, 15]
}
df_original = pd.DataFrame(data, index=['A', 'B'])

print("原始DataFrame:")
print(df_original)

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输出示例:

原始DataFrame:
   201003  201004  201005  201006  201007  201008  201101  201102  201103
A      10      11      14      22      10      19       5       7       9
B      14      19      20      22      26      11       8      12      15

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为了方便聚合，我们需要将这些表示月份的列转换成行。Pandas的melt函数是实现这一目标的关键。我们需要先将DataFrame的索引重置为普通列，然后指定哪些列作为标识符（id_vars），哪些列需要被“融化”（默认是除了id_vars之外的所有列）。

# 将索引重置为列，并进行melt操作
df_melted = df_original.reset_index().melt(
    id_vars='index',         # 指定'index'列作为标识符，不被融化
    var_name='YYYYMM',       # 新的变量列的名称，存储原列名（即YYYYMM）
    value_name='Value'       # 新的值列的名称，存储原列中的值
)
df_melted = df_melted.rename(columns={'index': 'ID'}) # 将'index'列重命名为'ID'，更具可读性

print("\n融化后的DataFrame:")
print(df_melted.head())

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输出示例:

融化后的DataFrame:
  ID  YYYYMM  Value
0  A  201003     10
1  B  201003     14
2  A  201004     11
3  B  201004     19
4  A  201005     14

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3. 提取时间维度信息：年份、月份与季度

在融化后的DataFrame中，YYYYMM列包含了我们需要的所有时间信息。我们可以通过字符串切片轻松提取年份和月份，并进一步将月份映射到对应的季度。

# 从YYYYMM列中提取年份和月份
df_melted['Year'] = df_melted['YYYYMM'].str[:4]
df_melted['Month'] = df_melted['YYYYMM'].str[4:]

# 创建月份到季度的映射字典
month_quarter_map = {
    '01': 1, '02': 1, '03': 1,  # 第一季度
    '04': 2, '05': 2, '06': 2,  # 第二季度
    '07': 3, '08': 3, '09': 3,  # 第三季度
    '10': 4, '11': 4, '12': 4   # 第四季度
}

# 使用map函数创建Quarter列
df_melted['Quarter'] = df_melted['Month'].map(month_quarter_map)

print("\n添加时间维度后的DataFrame:")
print(df_melted.head())

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输出示例:

添加时间维度后的DataFrame:
  ID  YYYYMM  Value  Year Month  Quarter
0  A  201003     10  2010    03        1
1  B  201003     14  2010    03        1
2  A  201004     11  2010    04        2
3  B  201004     19  2010    04        2
4  A  201005     14  2010    05        2

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4. 按季度汇总数据

有了ID、Year和Quarter列，我们现在可以轻松地按季度汇总数据。我们使用groupby函数指定聚合的维度，然后对Value列进行求和。

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# 按ID、年份和季度汇总数据
quarterly_summary = df_melted.groupby(['ID', 'Year', 'Quarter'])['Value'].sum().reset_index()

print("\n按季度汇总结果:")
print(quarterly_summary)

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输出示例:

按季度汇总结果:
  ID  Year  Quarter  Value
0  A  2010        1     10
1  A  2010        2     47
2  A  2010        3     29
3  A  2011        1     21
4  B  2010        1     14
5  B  2010        2     61
6  B  2010        3     37
7  B  2011        1     35

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(注：示例数据中2010年Q1只有3月份数据，因此Value为10和14。2010年Q2包含4、5、6月，2010年Q3包含7、8月，2011年Q1包含1、2、3月。)

5. 按年度汇总数据

与季度汇总类似，年度汇总则更为简单，只需根据ID和Year进行分组求和。

# 按ID和年份汇总数据
annual_summary = df_melted.groupby(['ID', 'Year'])['Value'].sum().reset_index()

print("\n按年度汇总结果:")
print(annual_summary)

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输出示例:

按年度汇总结果:
  ID  Year  Value
0  A  2010     86
1  A  2011     21
2  B  2010    112
3  B  2011     35

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6. 结果重塑（可选）：将汇总结果转换回宽格式

如果用户希望将季度或年度汇总的结果也以宽格式（例如，每个季度或年份作为一列）呈现，可以使用pivot_table函数。

# 将季度汇总结果转换为宽格式
quarterly_wide_summary = quarterly_summary.pivot_table(
    index='ID',
    columns=['Year', 'Quarter'],
    values='Value'
).reset_index()

# 重命名列以便更好地展示
quarterly_wide_summary.columns = [f'{col[0]}_Q{col[1]}' if isinstance(col, tuple) else col for col in quarterly_wide_summary.columns]
quarterly_wide_summary = quarterly_wide_summary.rename(columns={'ID_': 'ID'}) # 修正ID列名

print("\n宽格式的季度汇总结果:")
print(quarterly_wide_summary)

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输出示例:

宽格式的季度汇总结果:
  ID  2010_Q1  2010_Q2  2010_Q3  2011_Q1
0  A     10.0     47.0     29.0     21.0
1  B     14.0     61.0     37.0     35.0

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7. 注意事项与最佳实践

数据类型检查： 在进行melt和聚合操作之前，请确保你的数值列（即Value列）是数值类型（例如int或float）。如果它们是字符串，需要先进行类型转换：df_melted['Value'] = pd.to_numeric(df_melted['Value'])。
更强大的日期时间处理： 对于更复杂的日期时间操作（例如，处理不同日期格式、计算时间差、按周聚合等），强烈建议将YYYYMM列转换为Pandas的datetime对象：pd.to_datetime(df_melted['YYYYMM'], format='%Y%m')。这样可以利用dt访问器获取年份、月份、季度等信息，更加健壮和灵活。
处理缺失值： 在聚合之前，考虑如何处理Value列中的缺失值（NaN）。sum()函数默认会跳过NaN，但其他聚合函数可能需要不同的处理（例如，使用fillna(0)或dropna()）。
性能考量： 对于非常大的数据集，melt操作可能会消耗较多内存。在某些情况下，如果只需要年度汇总且列名格式固定，可以考虑使用更直接的字符串匹配和列选择方法进行聚合，以避免完全重塑整个DataFrame。然而，对于季度汇总，melt通常是最高效且最通用的方法。