十个Pandas的另类数据处理技巧

本文所整理的技巧与以前整理过10个Pandas的常用技巧不同，你可能并不会经常的使用它，但是有时候当你遇到一些非常棘手的问题时，这些技巧可以帮你快速解决一些不常见的问题。

1、Categorical类型

默认情况下，具有有限数量选项的列都会被分配object 类型。 但是就内存来说并不是一个有效的选择。 我们可以这些列建立索引，并仅使用对对象的引用而实际值。Pandas 提供了一种称为 Categorical的Dtype来解决这个问题。

例如一个带有图片路径的大型数据集组成。 每行有三列：anchor, positive, and negative.。

如果类别列使用 Categorical 可以显着减少内存使用量。

# raw data
 +----------+------------------------+
 |class |filename|
 +----------+------------------------+
 | Bathroom | Bathroombath_1.jpg|
 | Bathroom | Bathroombath_100.jpg|
 | Bathroom | Bathroombath_1003.jpg |
 | Bathroom | Bathroombath_1004.jpg |
 | Bathroom | Bathroombath_1005.jpg |
 +----------+------------------------+
 
 # target
 +------------------------+------------------------+----------------------------+
 | anchor |positive|negative|
 +------------------------+------------------------+----------------------------+
 | Bathroombath_1.jpg| Bathroombath_100.jpg| Dinningdin_540.jpg|
 | Bathroombath_100.jpg| Bathroombath_1003.jpg | Dinningdin_1593.jpg |
 | Bathroombath_1003.jpg | Bathroombath_1004.jpg | Bedroombed_329.jpg|
 | Bathroombath_1004.jpg | Bathroombath_1005.jpg | Livingroomliving_1030.jpg |
 | Bathroombath_1005.jpg | Bathroombath_1007.jpg | Bedroombed_1241240.jpg |
 +------------------------+------------------------+----------------------------+

filename列的值会经常被复制重复。因此，所以通过使用Categorical可以极大的减少内存使用量。

让我们读取目标数据集，看看内存的差异：

triplets.info(memory_usage="deep")
 
 # Column Non-Null Count Dtype
 # --- ------ -------------- -----
 # 0 anchor 525000 non-null category
 # 1 positive 525000 non-null category
 # 2 negative 525000 non-null category
 # dtypes: category(3)
 # memory usage: 4.6 MB
 
 # without categories
 triplets_raw.info(memory_usage="deep")
 
 # Column Non-Null Count Dtype
 # --- ------ -------------- -----
 # 0 anchor 525000 non-null object
 # 1 positive 525000 non-null object
 # 2 negative 525000 non-null object
 # dtypes: object(3)
 # memory usage: 118.1 MB

差异非常大，并且随着重复次数的增加，差异呈非线性增长。

2、行列转换

sql中经常会遇到行列转换的问题，Pandas有时候也需要，让我们看看来自Kaggle比赛的数据集。census_start .csv文件:

可以看到，这些按年来保存的，如果有一个列year和pct_bb，并且每一行有相应的值，则会好得多，对吧。

cols = sorted([col for col in original_df.columns 
 if col.startswith("pct_bb")])
 df = original_df[(["cfips"] + cols)]
 df = df.melt(id_vars="cfips",
value_vars=cols,
var_name="year",
value_name="feature").sort_values(by=["cfips", "year"])

看看结果，这样是不是就好很多了：

3、apply()很慢

我们上次已经介绍过，最好不要使用这个方法，因为它遍历每行并调用指定的方法。但是要是我们没有别的选择，那还有没有办法提高速度呢？

可以使用swifter或pandarallew这样的包，使过程并行化。

Swifter

import pandas as pd
 import swifter
 
 def target_function(row):
 return row * 10
 
 def traditional_way(data):
 data['out'] = data['in'].apply(target_function)
 
 def swifter_way(data):
 data['out'] = data['in'].swifter.apply(target_function)

Pandarallel

import pandas as pd
 from pandarallel import pandarallel
 
 def target_function(row):
 return row * 10
 
 def traditional_way(data):
 data['out'] = data['in'].apply(target_function)
 
 def pandarallel_way(data):
 pandarallel.initialize()
 data['out'] = data['in'].parallel_apply(target_function)

通过多线程，可以提高计算的速度，当然当然，如果有集群，那么最好使用dask或pyspark

4、空值，int, Int64

标准整型数据类型不支持空值，所以会自动转换为浮点数。所以如果数据要求在整数字段中使用空值，请考虑使用Int64数据类型，因为它会使用pandas.NA来表示空值。

5、Csv, 压缩还是parquet?

尽可能选择parquet。parquet会保留数据类型，在读取数据时就不需要指定dtypes。parquet文件默认已经使用了snappy进行压缩，所以占用的磁盘空间小。下面可以看看几个的对比

|file|size |
 +------------------------+---------+
 | triplets_525k.csv| 38.4 MB |
 | triplets_525k.csv.gzip |4.3 MB |
 | triplets_525k.csv.zip|4.5 MB |
 | triplets_525k.parquet|1.9 MB |
 +------------------------+---------+

读取parquet需要额外的包，比如pyarrow或fastparquet。chatgpt说pyarrow比fastparquet要快，但是我在小数据集上测试时fastparquet比pyarrow要快，但是这里建议使用pyarrow，因为pandas 2.0也是默认的使用这个。

6、value_counts ()

计算相对频率，包括获得绝对值、计数和除以总数是很复杂的，但是使用value_counts，可以更容易地完成这项任务，并且该方法提供了包含或排除空值的选项。

df = pd.DataFrame({"a": [1, 2, None], "b": [4., 5.1, 14.02]})
 df["a"] = df["a"].astype("Int64")
 print(df.info())
 print(df["a"].value_counts(normalize=True, dropna=False),
df["a"].value_counts(normalize=True, dropna=True), sep="nn")

这样是不是就简单很多了

7、Modin

注意：Modin现在还在测试阶段。

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下载

pandas是单线程的，但Modin可以通过缩放pandas来加快工作流程，它在较大的数据集上工作得特别好，因为在这些数据集上，pandas会变得非常缓慢或内存占用过大导致OOM。

!pip install modin[all]
 
 import modin.pandas as pd
 df = pd.read_csv("my_dataset.csv")

以下是modin官网的架构图，有兴趣的研究把：

8、extract()

如果经常遇到复杂的半结构化的数据，并且需要从中分离出单独的列，那么可以使用这个方法：

import pandas as pd
 
 regex = (r'(?P