pandas—Series与DataFrame索引、切片；多层索引、索引的堆叠

1. Series的索引和切片

1.1 Series的索引：

可以使用中括号取单个索引（此时返回的是元素类型），或者中括号里一个列表取多个索引（此时

返回的仍然是一个Series类型）。分为显示索引和隐式索引：

(1) 显式索引：

使用index中的元素作为索引值

使用.loc[ ]

s = pd.Series({'Python': 150, 'NumPy': 100, 'Pandas': 130})
s
NumPy     100
Pandas    130
Python    150
dtype: int64
# 显示索引： 使用索引名
print(s['Python'])   # 值，int类型
print(s.NumPy)

# 使用2个中括号得到的类型：Series
 # 一次取多个元素
s[['Pandas', 'NumPy']] 
s[['Pandas']]

# 使用 loc[]
print(s.loc['Python'])
print(s.loc[['Pandas', 'NumPy']])
s.loc[['Pandas']]
150
100
150
Pandas    130
NumPy     100
dtype: int64
Pandas    130
dtype: int64

(2) 隐式索引：

使用整数作为索引值

使用.iloc[ ]

# 隐式索引：使用数字下标
print(s[0])
print(s[[0, 2]])
print(s[[0]])

# 使用 iloc[]
s.iloc[0]
print(s.iloc[[0, 2]])
print(s.iloc[[0]])

# 下面这2个写法是错误的
# s.iloc['Python']
# s.loc[0]
100
NumPy     100
Python    150
dtype: int64
NumPy    100
dtype: int64
NumPy     100
Python    150
dtype: int64
NumPy    100
dtype: int64

1.2 Series的切片

s = pd.Series({
    '语文': 100, 
    '数学': 150,
    '英语': 110,
    'Python': 130,
    'Pandas': 150,
    'NumPy': 150
})
# 切片
# Series是一维数组
# 隐式切片:  左闭右开
s[1 : 4]
s.iloc[1 : 4]
# 显式切片: 左闭右闭
s['数学' : 'Python']
s.loc['数学' : 'Python']
数学        150
英语        110
Python    130
dtype: int64

2. DataFrame的索引与切片

2.1 DataFrame的索引

(1) 对列进行索引：

通过类似字典的方式；通过属性的方式。

可以将DataFrame的列获取为一个Series。返回的Series拥有原DataFrame相同的索引，且name

属性也已经设置好了，就是相应的列名。

df = pd.DataFrame(
    data=np.random.randint(10, 100, size=(4, 6)),
    index=['小明', '小红', '小黄', '小绿'],
    columns=['语文', '数学', '英语', '化学', '物理', '生物']
)
df.语文  # Series类型
df['语文']
# 使用2个中括号得到的类型：DataFrame
df[['语文', "化学"]]
df[['语文']]

 (2) 对行进行索引：

使用.loc[ ]加index来进行行索引

使用.iloc[ ]加整数来进行行索引

同样返回一个Series，index为原来的columns。

# 不可以直接取行索引
# df['小明']
# df.小明
# DataFrame默认是先取列索引
# 取行索引
print(df.loc['小明'])  # Series类型
df.iloc[0] 
# 使用两个中括号: DataFrame类型
print(type(df.loc[['小明', '小绿']]))
df.loc[['小明']]
print(df.iloc[[0, -1]])
df.iloc[[0, 3]]
df.iloc[[0]]

(3) 对元素索引的方法:

使用列索引；使用行索引(iloc[3,1]相当于两个参数;iloc[[3,3]] 里面的[3,3]看做一个参数)；

使用values属性（二维NumPy数组）。

# 先取列，再取行
print(df['语文']['小明'])
df['语文'][0]
df.语文[0]
df.语文.小明
# 先取行，再取列
df.loc['小明']['语文']
df.loc['小明'][0]
print(df.iloc[0][0])
df.iloc[0]['语文']
df.iloc[0, 0]
df.loc['小明', '语文']
36
36
36

2.2 DataFrame的切片

直接用中括号时：

索引优先对列进行操作；切片优先对行进行操作

# 行切片
print(df[1: 3])   # 左闭右开 
df['小红' : '小黄']  # 左闭右闭
print(df.iloc[1: 3])   # 左闭右开 
df.loc['小红' : '小黄']  # 左闭右闭

# 列切片
#   对列做切片，也必须先对行切片
df.iloc[ : , 1: 4]
df.loc[:, "数学": "化学"]

总结：

取一行或一列 ： 索引；取连续的多行或多列 ： 切片；取不连续的多行或多列 ： 中括号

3. 多层索引操作

(1) 隐式构造

最常见的方法是给DataFrame构造函数的index参数传递两个或更多的数组

data = np.random.randint(0, 100, size=(6, 6))

index = [
    ['1班',  '1班',   '1班',  '2班', '2班', '2班'],
    ['张三', '李四', '王五', '鲁班', '张三丰', '张无忌']
]
columns = [
    ['期中', '期中', '期中', '期末', '期末', '期末'],
    ['语文', '数学', '英语', '语文', '数学', '英语']
]

df = pd.DataFrame(data=data, index=index, columns=columns)

Series也可以创建多层索引：

data = np.random.randint(0, 100, size=6)

index = [
    ['1班',  '1班',   '1班',  '2班', '2班', '2班'],
    ['张三', '李四', '王五', '鲁班', '张三丰', '张无忌']
]

s = pd.Series(data=data, index=index)

(2) 显示构造pd.MultiIndex

使用数组：

data = np.random.randint(0, 100, size=(6, 6))

index = pd.MultiIndex.from_arrays( [
    ['1班',  '1班',   '1班',  '2班', '2班', '2班'],
    ['张三', '李四', '王五', '鲁班', '张三丰', '张无忌']
])
columns = [
    ['期中', '期中', '期中', '期末', '期末', '期末'],
    ['语文', '数学', '英语', '语文', '数学', '英语']
]

df = pd.DataFrame(data=data, index=index, columns=columns)
df

 使用tuple：

data = np.random.randint(0, 100, size=(6, 6))

index = pd.MultiIndex.from_tuples( 
    (
        ('1班', '张三'), ('1班', '李四'), ('1班', '王五'), 
        ('2班', '鲁班'), ('2班', '张三丰'), ('2班', '张无忌')
    )
)

columns = [
    ['期中', '期中', '期中', '期末', '期末', '期末'],
    ['语文', '数学', '英语', '语文', '数学', '英语']
]

df = pd.DataFrame(data=data, index=index, columns=columns)
df

使用product：

data = np.random.randint(0, 100, size=(6, 6))

# 笛卡尔积: {a, b} {c, d} => {a, c}, {a, d}, {b, c}, {b, d}

index = pd.MultiIndex.from_product( [
    ['1班',  '2班'],
    ['张三', '李四', '王五']
])
columns = [
    ['期中', '期中', '期中', '期末', '期末', '期末'],
    ['语文', '数学', '英语', '语文', '数学', '英语']
]

df = pd.DataFrame(data=data, index=index, columns=columns)
df

注意：除了行索引index，列索引columns也能用同样的方法创建多层索引

4. 多层索引对象的索引与切片

4.1 Series的操作

对于Series来说，直接中括号[]与使用.loc()完全一样

索引：

# 显式索引
s['1班']
s.loc['1班']
s[['1班']]
s[['1班', '2班']]
s['1班']['张三']
s.loc['1班']['张三']
s.loc['1班', '张三']
s['1班', '张三']
# 隐式索引
s[0]
s[1]
s.iloc[1]
s.iloc[[1, 2]]

切片： 

# 切片
# 显式切片
s['1班' : '2班']
s.loc['1班' : '2班']
s.loc['1班'][:]
# 建议使用隐式索引
s[1 : 5]
s.iloc[1 : 5]
1班  李四     84
    王五     14
2班  鲁班     64
    张三丰    32
dtype: int32

4.2 DataFrame的操作

索引：

# 列索引
df['期中']
df['期中'][['数学']]
df['期中']['数学']
df['期中', '数学']
df.期中.数学

df.iloc[:, 2]
df.iloc[:, [0, 2, 1]]
df.loc[:, ('期中', '数学')]

# 行索引
df.loc['2班']
df.loc['2班'].loc['张三']
df.loc['2班', '张三']
df.loc[('2班', '张三')]

df.iloc[1]
df.iloc[[1]]
df.iloc[[1, 3, 4, 2]]

获取元素： 

# 获取元素
df['期中']['数学']['1班']['张三']
df['期中']['数学']['1班'][0]

df.iloc[0, 1]
df.loc[('1班', '张三'), ('期中', '数学')]
72

 切片：

# 行切片
df.iloc[1 : 5]
df.loc[('1班', '李四') : ('2班', '李四')]
df.loc['1班' : '2班']

# 列切片
df.iloc[:, 1: 5]
df.loc[:, '期中': '期末']
# df.loc[:, ('期中', '数学') : ('期末', '数学')]  # 报错

# 建议切片使用隐式索引

 5. 索引的堆叠

stack()：使用stack()的时候，level等于哪一个，哪一个就消失，出现在行里。

unstack()：使用unstack()的时候，level等于哪一个，哪一个就消失，出现在列里。

# stack: 将列索引变成行索引
df.stack()   # 默认是将最里层的列索引变成行索引
df.stack(level=-1)
df.stack(level=1)

df2 = df.stack(level=0)
df2

# unstack: 将行索引变成列索引
df2.unstack()
df2.unstack(level=-1)
df2.unstack(level=2)
df2.unstack(level=1)
df2.unstack(level=0)

 使用fill_value填充：

df.unstack()
df.unstack(fill_value=0)