Сравнение с SQL
Поскольку многие потенциальные пользователи pandas знакомы с SQL, эта страница предназначена для предоставления примеров выполнения различных операций SQL с помощью pandas.
Если вы новичок в pandas, возможно, вам сначала следует прочитать 10 минут с pandas, чтобы ознакомиться с библиотекой.
Как обычно, мы импортируем pandas и numpy следующим образом:
In [1]: import pandas as pd In [2]: import numpy as np
Большинство примеров будут использовать набор данных tips, который находится в тестах pandas. Мы прочитаем данные в DataFrame под названием tips и предположим, что у нас есть таблица базы данных с тем же именем и структурой.
In [3]: url = 'https://raw.github.com/pandas-dev/pandas/master/pandas/tests/data/tips.csv' In [4]: tips = pd.read_csv(url) In [5]: tips.head() Out[5]: total_bill tip sex smoker day time size 0 16.99 1.01 Female No Sun Dinner 2 1 10.34 1.66 Male No Sun Dinner 3 2 21.01 3.50 Male No Sun Dinner 3 3 23.68 3.31 Male No Sun Dinner 2 4 24.59 3.61 Female No Sun Dinner 4
SELECT
В SQL выбор выполняется с помощью списка столбцов, разделенных запятыми, которые вы хотите выбрать (или * для выбора всех столбцов):
SELECT total_bill, tip, smoker, time FROM tips LIMIT 5;
В pandas выбор столбцов выполняется путем передачи списка имен столбцов в ваш DataFrame:
In [6]: tips[['total_bill', 'tip', 'smoker', 'time']].head(5) Out[6]: total_bill tip smoker time 0 16.99 1.01 No Dinner 1 10.34 1.66 No Dinner 2 21.01 3.50 No Dinner 3 23.68 3.31 No Dinner 4 24.59 3.61 No Dinner
Вызов DataFrame без списка имен столбцов отобразит все столбцы (аналогично SQL *).
WHERE
Фильтрация в SQL выполняется с помощью предложения WHERE.
SELECT * FROM tips WHERE time = 'Dinner' LIMIT 5;
DataFrames можно фильтровать различными способами; наиболее интуитивный из них — использование булевых индексов.
In [7]: tips[tips['time'] == 'Dinner'].head(5) Out[7]: total_bill tip sex smoker day time size 0 16.99 1.01 Female No Sun Dinner 2 1 10.34 1.66 Male No Sun Dinner 3 2 21.01 3.50 Male No Sun Dinner 3 3 23.68 3.31 Male No Sun Dinner 2 4 24.59 3.61 Female No Sun Dinner 4
Вышеприведенное утверждение просто передает Series объектов True/False в DataFrame, возвращая все строки с True.
In [8]: is_dinner = tips['time'] == 'Dinner' In [9]: is_dinner.value_counts() Out[9]: True 176 False 68 Name: time, dtype: int64 In [10]: tips[is_dinner].head(5) Out[10]: total_bill tip sex smoker day time size 0 16.99 1.01 Female No Sun Dinner 2 1 10.34 1.66 Male No Sun Dinner 3 2 21.01 3.50 Male No Sun Dinner 3 3 23.68 3.31 Male No Sun Dinner 2 4 24.59 3.61 Female No Sun Dinner 4
Как и в операциях OR и AND SQL, для DataFrame можно передать несколько условий, используя | (OR) и & (AND).
-- tips of more than $5.00 at Dinner meals SELECT * FROM tips WHERE time = 'Dinner' AND tip > 5.00;
# tips of more than $5.00 at Dinner meals
In [11]: tips[(tips['time'] == 'Dinner') & (tips['tip'] > 5.00)]
Out[11]:
total_bill tip sex smoker day time size
23 39.42 7.58 Male No Sat Dinner 4
44 30.40 5.60 Male No Sun Dinner 4
47 32.40 6.00 Male No Sun Dinner 4
52 34.81 5.20 Female No Sun Dinner 4
59 48.27 6.73 Male No Sat Dinner 4
116 29.93 5.07 Male No Sun Dinner 4
155 29.85 5.14 Female No Sun Dinner 5
170 50.81 10.00 Male Yes Sat Dinner 3
172 7.25 5.15 Male Yes Sun Dinner 2
181 23.33 5.65 Male Yes Sun Dinner 2
183 23.17 6.50 Male Yes Sun Dinner 4
211 25.89 5.16 Male Yes Sat Dinner 4
212 48.33 9.00 Male No Sat Dinner 4
214 28.17 6.50 Female Yes Sat Dinner 3
239 29.03 5.92 Male No Sat Dinner 3
-- tips by parties of at least 5 diners OR bill total was more than $45 SELECT * FROM tips WHERE size >= 5 OR total_bill > 45;
# tips by parties of at least 5 diners OR bill total was more than $45
In [12]: tips[(tips['size'] >= 5) | (tips['total_bill'] > 45)]
Out[12]:
total_bill tip sex smoker day time size
59 48.27 6.73 Male No Sat Dinner 4
125 29.80 4.20 Female No Thur Lunch 6
141 34.30 6.70 Male No Thur Lunch 6
142 41.19 5.00 Male No Thur Lunch 5
143 27.05 5.00 Female No Thur Lunch 6
155 29.85 5.14 Female No Sun Dinner 5
156 48.17 5.00 Male No Sun Dinner 6
170 50.81 10.00 Male Yes Sat Dinner 3
182 45.35 3.50 Male Yes Sun Dinner 3
185 20.69 5.00 Male No Sun Dinner 5
187 30.46 2.00 Male Yes Sun Dinner 5
212 48.33 9.00 Male No Sat Dinner 4
216 28.15 3.00 Male Yes Sat Dinner 5
Проверка на NULL выполняется с помощью методов notnull() и isnull().
In [13]: frame = pd.DataFrame({'col1': ['A', 'B', np.NaN, 'C', 'D'],
....: 'col2': ['F', np.NaN, 'G', 'H', 'I']})
....:
In [14]: frame
Out[14]:
col1 col2
0 A F
1 B NaN
2 NaN G
3 C H
4 D I
Предположим, у нас есть таблица с такой же структурой, как у нашего DataFrame выше. Мы можем увидеть только записи, где col2 равно NULL с помощью следующего запроса:
SELECT * FROM frame WHERE col2 IS NULL;
In [15]: frame[frame['col2'].isnull()] Out[15]: col1 col2 1 B NaN
Получение элементов, где col1 НЕ равно NULL, можно выполнить с помощью notnull().
SELECT * FROM frame WHERE col1 IS NOT NULL;
In [16]: frame[frame['col1'].notnull()] Out[16]: col1 col2 0 A F 1 B NaN 3 C H 4 D I
GROUP BY
В pandas операции GROUP BY SQL выполняются с помощью одноименного метода groupby(). groupby() обычно относится к процессу, в котором мы хотим разбить набор данных на группы, применить к ним функцию (обычно агрегирование) и затем объединить группы вместе.
Обычной операцией SQL будет подсчёт записей в каждой группе на протяжении всего набора данных. Например, запрос, возвращающий количество чаевых, оставленных по полу:
SELECT sex, count(*) FROM tips GROUP BY sex; /* Female 87 Male 157 */
Эквивалент в pandas будет:
In [17]: tips.groupby('sex').size()
Out[17]:
sex
Female 87
Male 157
dtype: int64
Обратите внимание, что в коде pandas мы использовали size(), а не count(). Это потому, что count() применяет функцию к каждому столбцу, возвращая количество not null записей в каждой группе.
In [18]: tips.groupby('sex').count()
Out[18]:
total_bill tip smoker day time size
sex
Female 87 87 87 87 87 87
Male 157 157 157 157 157 157
В качестве альтернативы, мы могли бы применить метод count() к отдельному столбцу:
In [19]: tips.groupby('sex')['total_bill'].count()
Out[19]:
sex
Female 87
Male 157
Name: total_bill, dtype: int64
Несколько функций также можно применить одновременно. Например, предположим, что мы хотим увидеть, как размер чаевых отличается в зависимости от дня недели — agg() позволяет вам передать словарь в ваш сгруппированный DataFrame, указав, какие функции применять к определенным столбцам.
SELECT day, AVG(tip), COUNT(*) FROM tips GROUP BY day; /* Fri 2.734737 19 Sat 2.993103 87 Sun 3.255132 76 Thur 2.771452 62 */
In [20]: tips.groupby('day').agg({'tip': np.mean, 'day': np.size})
Out[20]:
tip day
day
Fri 2.734737 19
Sat 2.993103 87
Sun 3.255132 76
Thur 2.771452 62
Группировка по нескольким столбцам выполняется путем передачи списка столбцов методу groupby().
SELECT smoker, day, COUNT(*), AVG(tip)
FROM tips
GROUP BY smoker, day;
/*
smoker day
No Fri 4 2.812500
Sat 45 3.102889
Sun 57 3.167895
Thur 45 2.673778
Yes Fri 15 2.714000
Sat 42 2.875476
Sun 19 3.516842
Thur 17 3.030000
*/
In [21]: tips.groupby(['smoker', 'day']).agg({'tip': [np.size, np.mean]})
Out[21]:
tip
size mean
smoker day
No Fri 4.0 2.812500
Sat 45.0 3.102889
Sun 57.0 3.167895
Thur 45.0 2.673778
Yes Fri 15.0 2.714000
Sat 42.0 2.875476
Sun 19.0 3.516842
Thur 17.0 3.030000
JOIN
Объединения можно выполнить с помощью join() или merge(). По умолчанию join() объединит DataFrames по их индексам. Каждый метод имеет параметры, позволяющие указать тип объединения (LEFT, RIGHT, INNER, FULL) или столбцы для объединения (имена столбцов или индексы).
In [22]: df1 = pd.DataFrame({'key': ['A', 'B', 'C', 'D'],
....: 'value': np.random.randn(4)})
....:
In [23]: df2 = pd.DataFrame({'key': ['B', 'D', 'D', 'E'],
....: 'value': np.random.randn(4)})
....:
Предположим, у нас есть две таблицы базы данных с тем же именем и структурой, что и наши DataFrames.
Теперь давайте рассмотрим различные типы JOIN.
INNER JOIN
SELECT * FROM df1 INNER JOIN df2 ON df1.key = df2.key;
# merge performs an INNER JOIN by default In [24]: pd.merge(df1, df2, on='key') Out[24]: key value_x value_y 0 B -0.318214 0.543581 1 D 2.169960 -0.426067 2 D 2.169960 1.138079
merge() также предлагает параметры для случаев, когда вы хотите объединить столбец одного DataFrame с индексом другого DataFrame.
In [25]: indexed_df2 = df2.set_index('key')
In [26]: pd.merge(df1, indexed_df2, left_on='key', right_index=True)
Out[26]:
key value_x value_y
1 B -0.318214 0.543581
3 D 2.169960 -0.426067
3 D 2.169960 1.138079
LEFT OUTER JOIN
-- show all records from df1 SELECT * FROM df1 LEFT OUTER JOIN df2 ON df1.key = df2.key;
# show all records from df1 In [27]: pd.merge(df1, df2, on='key', how='left') Out[27]: key value_x value_y 0 A 0.116174 NaN 1 B -0.318214 0.543581 2 C 0.285261 NaN 3 D 2.169960 -0.426067 4 D 2.169960 1.138079
RIGHT JOIN
-- show all records from df2 SELECT * FROM df1 RIGHT OUTER JOIN df2 ON df1.key = df2.key;
# show all records from df2 In [28]: pd.merge(df1, df2, on='key', how='right') Out[28]: key value_x value_y 0 B -0.318214 0.543581 1 D 2.169960 -0.426067 2 D 2.169960 1.138079 3 E NaN 0.086073
FULL JOIN
pandas также поддерживает FULL JOIN, который отображает обе стороны набора данных, независимо от того, нашли ли соответствующие столбцы совпадение. На данный момент FULL JOIN не поддерживаются во всех СУБД (MySQL).
-- show all records from both tables SELECT * FROM df1 FULL OUTER JOIN df2 ON df1.key = df2.key;
# show all records from both frames In [29]: pd.merge(df1, df2, on='key', how='outer') Out[29]: key value_x value_y 0 A 0.116174 NaN 1 B -0.318214 0.543581 2 C 0.285261 NaN 3 D 2.169960 -0.426067 4 D 2.169960 1.138079 5 E NaN 0.086073
UNION
UNION ALL можно выполнить с помощью concat().
In [30]: df1 = pd.DataFrame({'city': ['Chicago', 'San Francisco', 'New York City'],
....: 'rank': range(1, 4)})
....:
In [31]: df2 = pd.DataFrame({'city': ['Chicago', 'Boston', 'Los Angeles'],
....: 'rank': [1, 4, 5]})
....:
SELECT city, rank
FROM df1
UNION ALL
SELECT city, rank
FROM df2;
/*
city rank
Chicago 1
San Francisco 2
New York City 3
Chicago 1
Boston 4
Los Angeles 5
*/
In [32]: pd.concat([df1, df2])
Out[32]:
city rank
0 Chicago 1
1 San Francisco 2
2 New York City 3
0 Chicago 1
1 Boston 4
2 Los Angeles 5
SQL UNION аналогично UNION ALL, но UNION удалит дублирующие строки.
SELECT city, rank
FROM df1
UNION
SELECT city, rank
FROM df2;
-- notice that there is only one Chicago record this time
/*
city rank
Chicago 1
San Francisco 2
New York City 3
Boston 4
Los Angeles 5
*/
В pandas можно использовать concat() в сочетании с drop_duplicates().
In [33]: pd.concat([df1, df2]).drop_duplicates()
Out[33]:
city rank
0 Chicago 1
1 San Francisco 2
2 New York City 3
1 Boston 4
2 Los Angeles 5
Эквиваленты pandas для некоторых аналитических и агрегированных функций SQL
Первые N строк с смещением
-- MySQL SELECT * FROM tips ORDER BY tip DESC LIMIT 10 OFFSET 5;
In [34]: tips.nlargest(10+5, columns='tip').tail(10)
Out[34]:
total_bill tip sex smoker day time size
183 23.17 6.50 Male Yes Sun Dinner 4
214 28.17 6.50 Female Yes Sat Dinner 3
47 32.40 6.00 Male No Sun Dinner 4
239 29.03 5.92 Male No Sat Dinner 3
88 24.71 5.85 Male No Thur Lunch 2
181 23.33 5.65 Male Yes Sun Dinner 2
44 30.40 5.60 Male No Sun Dinner 4
52 34.81 5.20 Female No Sun Dinner 4
85 34.83 5.17 Female No Thur Lunch 4
211 25.89 5.16 Male Yes Sat Dinner 4
Первые N строк в каждой группе
-- Oracle's ROW_NUMBER() analytic function
SELECT * FROM (
SELECT
t.*,
ROW_NUMBER() OVER(PARTITION BY day ORDER BY total_bill DESC) AS rn
FROM tips t
)
WHERE rn < 3
ORDER BY day, rn;
In [35]: (tips.assign(rn=tips.sort_values(['total_bill'], ascending=False)
....: .groupby(['day'])
....: .cumcount() + 1)
....: .query('rn < 3')
....: .sort_values(['day','rn'])
....: )
....:
Out[35]:
total_bill tip sex smoker day time size rn
95 40.17 4.73 Male Yes Fri Dinner 4 1
90 28.97 3.00 Male Yes Fri Dinner 2 2
170 50.81 10.00 Male Yes Sat Dinner 3 1
212 48.33 9.00 Male No Sat Dinner 4 2
156 48.17 5.00 Male No Sun Dinner 6 1
182 45.35 3.50 Male Yes Sun Dinner 3 2
197 43.11 5.00 Female Yes Thur Lunch 4 1
142 41.19 5.00 Male No Thur Lunch 5 2
то же самое с помощью функции rank(method=’first’)
In [36]: (tips.assign(rnk=tips.groupby(['day'])['total_bill']
....: .rank(method='first', ascending=False))
....: .query('rnk < 3')
....: .sort_values(['day','rnk'])
....: )
....:
Out[36]:
total_bill tip sex smoker day time size rnk
95 40.17 4.73 Male Yes Fri Dinner 4 1.0
90 28.97 3.00 Male Yes Fri Dinner 2 2.0
170 50.81 10.00 Male Yes Sat Dinner 3 1.0
212 48.33 9.00 Male No Sat Dinner 4 2.0
156 48.17 5.00 Male No Sun Dinner 6 1.0
182 45.35 3.50 Male Yes Sun Dinner 3 2.0
197 43.11 5.00 Female Yes Thur Lunch 4 1.0
142 41.19 5.00 Male No Thur Lunch 5 2.0
-- Oracle's RANK() analytic function
SELECT * FROM (
SELECT
t.*,
RANK() OVER(PARTITION BY sex ORDER BY tip) AS rnk
FROM tips t
WHERE tip < 2
)
WHERE rnk < 3
ORDER BY sex, rnk;
Давайте найдём чаевые, у которых (ранг < 3) по группе пола для (чаевых < 2). Обратите внимание, что при использовании функции rank(method='min') функция rnk_min остаётся неизменной для одной и той же группы tip (как функция RANK() Oracle).
In [37]: (tips[tips['tip'] < 2]
....: .assign(rnk_min=tips.groupby(['sex'])['tip']
....: .rank(method='min'))
....: .query('rnk_min < 3')
....: .sort_values(['sex','rnk_min'])
....: )
....:
Out[37]:
total_bill tip sex smoker day time size rnk_min
67 3.07 1.00 Female Yes Sat Dinner 1 1.0
92 5.75 1.00 Female Yes Fri Dinner 2 1.0
111 7.25 1.00 Female No Sat Dinner 1 1.0
236 12.60 1.00 Male Yes Sat Dinner 2 1.0
237 32.83 1.17 Male Yes Sat Dinner 2 2.0
UPDATE
UPDATE tips SET tip = tip*2 WHERE tip < 2;
In [38]: tips.loc[tips['tip'] < 2, 'tip'] *= 2
DELETE
DELETE FROM tips WHERE tip > 9;
В pandas мы выбираем строки, которые должны остаться, вместо того, чтобы удалять их
In [39]: tips = tips.loc[tips['tip'] <= 9]
© 2008–2012, AQR Capital Management, LLC, Lambda Foundry, Inc. and PyData Development Team
Licensed under the 3-clause BSD License.
https://pandas.pydata.org/pandas-docs/version/0.19.2/comparison_with_sql.html
