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Pandas多列条件提取技巧分享

2025-08-08 22:18:32 0浏览 收藏
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小伙伴们有没有觉得学习文章很有意思?有意思就对了!今天就给大家带来《Pandas与NumPy:多列条件提取值技巧》,以下内容将会涉及到,若是在学习中对其中部分知识点有疑问,或许看了本文就能帮到你!

Pandas与NumPy:高效地从多列中条件性提取值及来源

本文探讨了在Pandas DataFrame中根据条件从多列中提取值及其来源的常见需求。针对numpy.select无法直接返回多列的限制,文章首先介绍了分离式np.select的传统做法,随后重点阐述并演示了一种利用df.notna().to_numpy().argmax(1)结合高级索引技术,实现更简洁、高效地同时提取目标值和其对应列名的解决方案。

场景描述与问题背景

在数据处理中,我们经常会遇到需要从DataFrame的多个列中,根据特定条件选择一个值,并同时记录该值的来源列名。例如,给定一个包含多列数据的DataFrame,我们可能希望优先选择某个列中的非空值,如果该列为空,则选择下一个备用列中的值,以此类推,并最终生成新的列来存储选定的值及其原始列名。

考虑以下DataFrame作为示例:

import pandas as pd
import numpy as np

data = {'A': [1.0, 2.0, np.nan],
        'B': [4, 5, 6]}
df = pd.DataFrame(data)
print("原始DataFrame:")
print(df)

期望的输出是这样的:

    A   B   val val_source
0   1.0 4   1.0 A
1   2.0 5   2.0 A
2   NaN 6   6.0 B

这里,val列存储了根据条件(优先A列,其次B列)选择的值,而val_source列则记录了该值来源于A列还是B列。

numpy.select的局限性

numpy.select是一个非常强大的条件选择函数,它允许我们根据一系列条件和对应的选择值来构建新数组。然而,其设计限制在于它一次只能返回一个数组。当我们需要同时返回多个相关的数组(例如,值和值的来源)时,传统的np.select方法会迫使我们进行多次调用,即使条件集是相同的。

例如,为了实现上述需求,一种常见的做法是执行两次np.select:

conds = [df['A'].notna(), True] # 条件:A不为空,否则为真(即B)

# 准备val的选择项
choices_val = [df['A'], df['B']]
# 准备val_source的选择项
choices_src = ['A', 'B']

df['val'] = np.select(conds, choices_val, default=np.nan)
df['val_source'] = np.select(conds, choices_src, default=np.nan)

print("\n使用两次np.select的结果:")
print(df)

这种方法虽然功能上可行,但当条件或选择项变得复杂时,代码会显得冗余且可读性下降,因为它重复了条件逻辑。

高效解决方案:利用argmax和高级索引

为了解决np.select的局限性并提供更简洁高效的方案,我们可以利用Pandas和NumPy的强大索引能力。核心思想是:首先找出每行中符合条件的第一个非空值所在的列的索引,然后利用这个索引直接从原始DataFrame的NumPy数组表示中提取值,并从DataFrame的列名中提取对应的列名。

下面是实现该方法的步骤和代码:

  1. 确定优先级和待处理列: 明确哪些列是我们的目标,并按照优先级顺序排列。在我们的例子中,是A和B。

  2. 查找每行中第一个非空值的列索引:

    • 使用df.notna()创建一个布尔型DataFrame,表示每个元素是否非空。
    • 将其转换为NumPy数组to_numpy()。
    • 对每一行(axis=1)使用argmax()。argmax()会返回每行中第一个True值(即第一个非空值)的索引。如果一行中所有值都为False,argmax()会返回0,这需要注意。在我们的场景中,由于True是最后一个条件,它确保了总能找到一个非空值或最后一个备用列。
  3. 利用索引提取值:

    • 将DataFrame转换为NumPy数组:df.to_numpy()。
    • 使用高级索引(fancy indexing)来提取值。df.to_numpy()[(df.index, idx)] 允许我们同时指定行索引和列索引来获取特定位置的元素。df.index提供了所有行的索引,而idx提供了每行中我们想要选择的列的索引。
  4. 利用索引提取列名:

    • DataFrame的列名可以通过df.columns获取。
    • 直接使用idx来索引df.columns,即可获取对应列的名称。

以下是完整的代码实现:

# 重新初始化df以确保干净状态
data = {'A': [1.0, 2.0, np.nan],
        'B': [4, 5, 6]}
df = pd.DataFrame(data)

# 步骤1: 找出每行中第一个非空值的列索引
# df.notna() -> DataFrame of booleans
# .to_numpy() -> Convert to numpy array
# .argmax(1) -> Find the index of the first True (non-NaN) value along axis 1 (rows)
idx = df.notna().to_numpy().argmax(1)

# 步骤2: 利用索引提取值
# df.to_numpy() -> Get the underlying numpy array
# (df.index, idx) -> Create a tuple of row and column indices for advanced indexing
df['val'] = df.to_numpy()[(df.index, idx)]

# 步骤3: 利用索引提取列名
# df.columns -> Get the column names as an Index object
# df.columns[idx] -> Use the calculated column indices to get the corresponding column names
df['val_source'] = df.columns[idx]

print("\n使用argmax和高级索引的结果:")
print(df)

输出结果:

原始DataFrame:
     A  B
0  1.0  4
1  2.0  5
2  NaN  6

使用两次np.select的结果:
     A  B  val val_source
0  1.0  4  1.0          A
1  2.0  5  2.0          A
2  NaN  6  6.0          B

使用argmax和高级索引的结果:
     A  B  val val_source
0  1.0  4  1.0          A
1  2.0  5  2.0          A
2  NaN  6  6.0          B

注意事项与总结

  • 优先级: argmax(1)会返回每行中第一个True的索引。这意味着列的顺序在df.notna()中非常重要。如果你的优先级是A优于B,那么A列必须在B列之前(或者确保df.notna()的列顺序符合你的优先级)。
  • 全NaN行处理: 如果某一行所有目标列都为NaN,argmax()会返回0(即第一列的索引)。在这种情况下,df['val']会取第一列的NaN值,而df['val_source']会是第一列的列名。如果需要对这种情况进行特殊处理(例如,设为默认值或另一个来源),则可能需要额外的逻辑。
  • 性能: 这种基于NumPy数组操作的方法通常比多次调用Pandas Series操作或Python循环更高效,尤其是在处理大型DataFrame时。
  • 可读性: 尽管代码可能看起来有些紧凑,但一旦理解了argmax和高级索引的原理,它比多次np.select更简洁且意图明确。

通过掌握这种利用argmax和高级索引的技巧,可以在Pandas中更优雅、高效地处理多列条件选择和来源追踪的问题。

文中关于的知识介绍,希望对你的学习有所帮助!若是受益匪浅,那就动动鼠标收藏这篇《Pandas多列条件提取技巧分享》文章吧,也可关注golang学习网公众号了解相关技术文章。

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