PandasNumPy分组累加技巧

**Pandas NumPy 分组累加数据方法：高效实现数据特征交叉组合** 在数据分析中，针对分组数据进行组内数据循环累加，实现特征交叉组合是常见的需求。本文详细介绍了如何巧妙地结合 Pandas 的 `groupby` 功能和 NumPy 的高效数组操作，以简洁高效地完成此任务。通过示例代码，展示了如何将每个组内的每一行数据循环添加到该组的每一行，从而扩展数据维度，挖掘潜在关联。本文不仅提供了完整的代码实现，还深入解析了关键步骤，包括 `roll` 函数的实现原理、分组列的定义以及结果的输出与解读。同时，也提醒了读者在处理大数据量分组时需要注意内存占用问题，并鼓励根据实际需求修改和扩展代码，以满足不同的数据分析场景，助力提升数据分析的深度和广度。

本文介绍了如何使用 Pandas 和 NumPy 在数据分析中，针对分组数据，将每个组内的每一行数据循环添加到该组的每一行，从而实现数据的扩展和特征的交叉组合。通过结合 NumPy 的高效数组操作和 Pandas 的灵活数据处理能力，可以简洁高效地完成此任务。

在数据分析中，有时需要将同一组内的不同行数据进行组合，以生成新的特征或进行更深入的分析。例如，在赛马数据中，可能需要将每匹马的特征与其他马的特征进行组合，以评估其相对竞争力。本文将介绍如何使用 Pandas 和 NumPy 实现这一目标。

解决方案

以下代码展示了如何使用 Pandas 的 groupby 方法和 NumPy 的数组操作来实现将分组内的每行数据添加到每行的功能。

import pandas as pd
import numpy as np

def roll(g):
    a = g.to_numpy()
    x = np.arange(len(a))
    return pd.DataFrame(a[((x[:,None] + x)%len(a)).ravel()].reshape(len(a), -1),
                        index=g.index,
                        columns=[f'{c}_{i+1}' for i in x for c in g.columns])

# 示例数据
data_orig = {
    'meetingId': [178515] * 6,
    'raceId': [879507] * 6,
    'horseId': [90001, 90002, 90003, 90004, 90005, 90006],
    'position': [1, 2, 3, 4, 5, 6],
    'weight': [51, 52, 53, 54, 55, 56],
}

data_orig_df = pd.DataFrame(data_orig)

cols = ['meetingId', 'raceId']

out = (data_orig_df.groupby(cols)
       .apply(lambda g: roll(g.drop(columns=cols)))
       .reset_index(cols)
       )

print(out)

代码解释

1. 导入必要的库：首先，导入 Pandas 和 NumPy 库，分别用于数据处理和数组操作。
2. 定义 roll 函数：该函数接收一个 Pandas DataFrame 作为输入，并使用 NumPy 的数组操作来实现数据的循环添加。
   • g.to_numpy()：将 DataFrame 转换为 NumPy 数组。
   • np.arange(len(a))：创建一个从 0 到数组长度的序列。
   • ((x[:,None] + x)%len(a)).ravel()：使用 NumPy 的广播机制和取模运算，生成一个索引数组，用于循环访问数组中的元素。
   • a[((x[:,None] + x)%len(a)).ravel()].reshape(len(a), -1)：使用索引数组访问数组中的元素，并将结果重塑为 DataFrame 的形状。
   • pd.DataFrame(...)：将 NumPy 数组转换为 Pandas DataFrame，并设置列名。
3. 定义分组列：cols = ['meetingId', 'raceId'] 定义了用于分组的列名。
4. 分组并应用 roll 函数：
   • data_orig_df.groupby(cols)：按照指定的分组列对 DataFrame 进行分组。
   • .apply(lambda g: roll(g.drop(columns=cols)))：对每个分组应用 roll 函数，并删除分组列。
   • .reset_index(cols)：重置索引，将分组列恢复为普通列。

输出结果

上述代码将生成一个新的 DataFrame，其中包含了原始数据以及每个组内其他行的数据。例如，对于 horseId 为 90001 的行，新 DataFrame 中将包含 horseId 为 90002、90003、90004、90005 和 90006 的数据，并以 horseId_2、horseId_3 等列名进行区分。

注意事项

• 此方法适用于数据量较小的分组。对于数据量较大的分组，可能会导致内存占用过高。
• 可以根据实际需求修改 roll 函数，以实现更复杂的数据组合逻辑。
• 在实际应用中，需要根据数据的具体含义选择合适的分组列和数据组合方式。

总结

本文介绍了如何使用 Pandas 和 NumPy 在分组内将每行数据添加到每行。通过结合 NumPy 的高效数组操作和 Pandas 的灵活数据处理能力，可以简洁高效地完成此任务。在实际应用中，可以根据具体需求进行修改和扩展，以满足不同的数据分析需求。

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