第1关：了解数据处理对象--Series
任务描述
本关任务：仔细阅读编程要求，完成相关要求。
相关知识
Pandas是为了解决数据分析任务而创建的，纳入了大量的库和标准数据模型，提供了高效地操作大型数据集所需的工具。对于Pandas包，在Python中常见的导入方法如下：
from pandas import Series,DataFrame
import pandas as pd
Pandas中的数据结构
Series: 一维数组，类似于Python中的基本数据结构list，区别是Series只允许存储相同的数据类型，这样可以更有效的使用内存，提高运算效率。就像数据库中的列数据；
DataFrame: 二维的表格型数据结构。很多功能与R中的data.frame类似。可以将DataFrame理解为Series的容器；
Panel：三维的数组，可以理解为DataFrame的容器。
了解Series
为了开始使用Pandas，我们必需熟悉它的两个重要的数据结构：Series 和DataFrame。虽然它们不是每一个问题的通用解决方案，但可以提供一个坚实的，易于使用的大多数应用程序的基础。Series是一个一维的类似的数组对象，包含一个数组的数据（任何NumPy的数据类型）和一个与数组关联的数据标签，被叫做索引 。最简单的Series是由一个数组的数据构成：
In [1]:obj=Series([4,7,-5,3])
In [2]:obj
Out[2]:
0 4
1 7
2 -5
3 3
Series的交互式显示的字符串表示形式是索引在左边，值在右边。因为我们没有给数据指定索引，一个包含整数0到N-1这里N是数据的长度）的默认索引被创建。你可以分别的通过它的values和index属性来获取 Series的数组表示和索引对象：
In [3]: obj.values
Out[3]:array([4,7,-5,3])
In [4]: obj.index
Out[4]:Int64Index([0,1,2,3])
通常，需要创建一个带有索引来确定每一个数据点的Series。
In [5]:obj2=Series([4,7,-5,3],index=['d','b','a','c'])
In [6]:obj2
Out[6]:
d 4
b 7
a -5
c 3
如果你有一些数据在一个Python字典中，你可以通过传递字典来从这些数据创建一个Series，只传递一个字典的时候，结果Series中的索引将是排序后的字典的键。
In [7]:sdata={'Ohio':35000,'Texas':71000,'Oregon':16000,'Utah':5000}
In [8]:obj3=Series(sdata)
In [9]:obj3
Out[9]:
Ohio 35000
Texas 71000
Oregon 16000
Utah 5000
编程要求
根据提示，在右侧编辑器Begin-End处补充代码：
创建一个名为series_a的series数组，当中值为[1,2,5,7],对应的索引为['nu', 'li', 'xue', 'xi']；
创建一个名为dict_a的字典，字典中包含如下内容{'ting':1, 'shuo':2, 'du':32, 'xie':44}；
将dict_a字典转化成名为series_b的series数组。
# -*- coding: utf-8 -*-
from pandas import Series,DataFrame
import pandas as pd
def create_series():
'''
返回值:
series_a: 一个Series类型数据
series_b: 一个Series类型数据
dict_a： 一个字典类型数据
'''
# 请在此添加代码 完成本关任务
# ********** Begin *********#
series_a=Series([1,2,5,7],index=['nu','li','xue','xi'])
dict_a={'ting':1, 'shuo':2, 'du':32, 'xie':44}
series_b=Series(dict_a)
# ********** End **********#
# 返回series_a,dict_a,series_b
return series_a,dict_a,series_b
第2关：了解数据处理对象-DataFrame
任务描述
本关任务：根据编程要求，完成相关代码的编写。
相关知识
DataFrame是一个表格型的数据结构，是以一个或多个二维块存放的数据表格（层次化索引），DataFrame既有行索引还有列索引，它有一组有序的列，每列既可以是不同类型（数值、字符串、布尔型）的数据，或者可以看做由Series组成的字典。DataFrame创建:
dictionary = {'state':['0hio','0hio','0hio','Nevada','Nevada'],
'year':[2000,2001,2002,2001,2002],
'pop':[1.5,1.7,3.6,2.4,2.9]}
frame = DataFrame(dictionary)
修改行名：
frame=DataFrame(dictionary,index=['one','two','three','four','five'])
添加修改：
frame['add']=[0,0,0,0,0]
添加Series类型：
value = Series([1,3,1,4,6,8],index = [0,1,2,3,4,5])
frame['add1'] = value
编程要求
根据提示，在右侧编辑器begin-end处补充代码：
创建一个五行三列的名为df1的DataFrame数组，列名为 [states,years,pops]，行名['one','two','three','four','five']；
给df1添加新列，列名为new_add，值为[7,4,5,8,2]。
# -*- coding: utf-8 -*-
from pandas import Series,DataFrame
import pandas as pd
def create_dataframe():
'''
返回值:
df1: 一个DataFrame类型数据
'''
# 请在此添加代码 完成本关任务
# ********** Begin *********#
df1 = pd.DataFrame(columns = ['states','years','pops'],index = ['one','two','three','four','five'])
df1['new_add'] = [7,4,5,8,2]
# ********** End **********#
#返回df1
return df1
第3关：读取CSV格式数据
任务描述
本关任务：根据编程要求，完成相关代码的编写。
相关知识
在使用机器学习工具包对数据进行修改、探索和分析之前，我们必须先讲外部数据导入。使用Pandas导入数据比Numpy要容易。在这里我们将使用英国降雨数据，数据已下好并放在本实训的当前文件夹。
读取CSV
# Reading a csv into Pandas.
# 如果数据集中有中文的话，最好在里面加上 encoding = 'gbk' ，以避免乱码问题。后面的导出数据的时候也一样。
df = pd.read_csv('uk_rain_2014.csv', header=0)
这里我们从csv文件里导入了数据，并储存在DataFrame中。这一步非常简单，你只需要调用read_csv然后将文件的路径传进去就行了。header 关键字告诉Pandas哪些是数据的列名。如果没有列名的话就将它设定为 None。数据导入pandas之后，我们该怎么查看数据呢？
查看前n行
# Getting first x rows.
df.head(5)
查看后n行
# Getting last x rows.
df.tail(5)
查看总行数
# Finding out how many rows dataset has.
len(df)
修改列名
我们通常使用列的名字来在Pandas中查找列。这一点很好而且易于使用，但是有时列名太长，我们需要缩短列名。
# Changing column labels.
df.columns = ['water_year','rain_octsep','outflow_octsep','rain_decfeb', 'outflow_decfeb', 'rain_junaug', 'outflow_junaug']
编程要求
根据提示，在右侧编辑器begin-end处补充代码：
将test3/uk_rain_2014.csv中的数据导入到df1中；
将列名修改为['water_year','rain_octsep','outflow_octsep','rain_decfeb', 'outflow_decfeb', 'rain_junaug', 'outflow_junaug']；
计算df1的总行数并存储在length1中。
# -*- coding: utf-8 -*-
from pandas import Series,DataFrame
import pandas as pd
def read_csv_data():
'''
返回值:
df1: 一个DataFrame类型数据
length1: 一个int类型数据
'''
# 请在此添加代码 完成本关任务
# ********** Begin *********#
df1 = pd.read_csv('test3/uk_rain_2014.csv',header = 0)
df1.columns = ['water_year','rain_octsep','outflow_octsep','rain_decfeb', 'outflow_decfeb', 'rain_junaug', 'outflow_junaug']
length1 = len(df1)
# ********** End **********#
#返回df1,length1
return df1,length1
第4关：数据的基本操作——排序
任务描述
本关任务：根据编程要求，完成相关代码的编写。
相关知识
本关我们将学习处理Series和DataFrame中的数据的基本手段，我们将会探讨Pandas最为重要的一些功能。
对索引进行排序
Series用sort_index()按索引排序，sort_values()按值排序；DataFrame也是用sort_index()和sort_values()。
In[73]: obj = Series(range(4), index=['d','a','b','c'])
In[74]: obj.sort_index()
Out[74]:
a 1
b 2
c 3
d 0
dtype: int64
In[78]: frame = DataFrame(np.arange(8).reshape((2,4)),index=['three', 'one'],columns=['d','a','b','c'])
In[79]: frame
Out[79]:
d a b c
three 0 1 2 3
one 4 5 6 7
In[86]: frame.sort_index()
Out[86]:
d a b c
one 4 5 6 7
three 0 1 2 3
按行排序
In[89]: frame.sort_index(axis=1, ascending=False)
Out[89]:
d c b a
three 0 3 2 1
one 4 7 6 5
按值排序
Series:
In[92]: obj = Series([4, 7, -3, 2])
In[94]: obj.sort_values()
Out[94]:
2 -3
3 2
0 4
1 7
dtype: int64
DataFrame:
In[95]: frame = DataFrame({'b':[4, 7, -3, 2], 'a':[0, 1, 0, 1]})
In[97]: frame.sort_values(by='b') #DataFrame必须传一个by参数表示要排序的列
Out[97]:
a b
2 0 -3
3 1 2
0 0 4
1 1 7
编程要求
根据提示，在右侧编辑器Begin-End处补充代码：
对代码中s1进行按索引排序，并将结果存储到s2；
对代码中d1进行按值排序（index为f），并将结果存储到d2。
# -*- coding: utf-8 -*-
from pandas import Series,DataFrame
import pandas as pd
def sort_gate():
'''
返回值:
s2: 一个Series类型数据
d2: 一个DataFrame类型数据
'''
# s1是Series类型数据，d1是DataFrame类型数据
s1 = Series([4, 3, 7, 2, 8], index=['z', 'y', 'j', 'i', 'e'])
d1 = DataFrame({'e': [4, 2, 6, 1], 'f': [0, 5, 4, 2]})
# 请在此添加代码 完成本关任务
# ********** Begin *********#
s2 = s1.sort_index()
d2 = d1.sort_values(by='f')
# ********** End **********#
#返回s2,d2
return s2,d2
第5关：数据的基本操作——删除
任务描述
本关任务：根据编程要求，完成相关代码的编写。
相关知识
删除指定轴上的项
即删除Series的元素或DataFrame的某一行（列）的意思，我们可以通过对象的drop(labels, axis=0)方法实现此功能。
删除Series的一个元素：
In[11]: ser = Series([4.5,7.2,-5.3,3.6], index=['d','b','a','c'])
In[13]: ser.drop('c')
Out[13]:
d 4.5
b 7.2
a -5.3
dtype: float64
删除DataFrame的行或列：
In[17]: df = DataFrame(np.arange(9).reshape(3,3), index=['a','c','d'], columns=['oh','te','ca'])
In[18]: df
Out[18]:
oh te ca
a 0 1 2
c 3 4 5
d 6 7 8
In[19]: df.drop('a')
Out[19]:
oh te ca
c 3 4 5
d 6 7 8
In[20]: df.drop(['oh','te'],axis=1)
Out[20]:
ca
a 2
c 5
d 8
需要注意的是drop()返回的是一个新对象，原对象不会被改变。
编程要求
根据提示，在右侧编辑器Begin-End处补充代码：
在s1中删除z行，并赋值到s2；
d1中删除yy列，并赋值到d2。
# -*- coding: utf-8 -*-
from pandas import Series,DataFrame
import numpy as np
import pandas as pd
def delete_data():
'''
返回值:
s2: 一个Series类型数据
d2: 一个DataFrame类型数据
'''
# s1是Series类型数据，d1是DataFrame类型数据
s1 = Series([5, 2, 4, 1], index=['v', 'x', 'y', 'z'])
d1=DataFrame(np.arange(9).reshape(3,3), columns=['xx','yy','zz'])
# 请在此添加代码 完成本关任务
# ********** Begin *********#
s2 = s1.drop('z')
d2 = d1.drop(['yy'],axis=1)
# ********** End **********#
# 返回s2,d2
return s2, d2
第6关：数据的基本操作——算术运算
任务描述
本关任务：根据编程要求，完成相关代码的编写。
相关知识
算术运算（+，-，*，/）
DataFrame中的算术运算是df中对应位置的元素的算术运算，如果没有共同的元素，则用NaN代替。
In[5]: df1 = DataFrame(np.arange(12.).reshape((3,4)),columns=list('abcd'))
In[6]: df2 = DataFrame(np.arange(20.).reshape((4,5)),columns=list('abcde'))
In[9]: df1+df2
Out[9]:
a b c d e
0 0 2 4 6 NaN
1 9 11 13 15 NaN
2 18 20 22 24 NaN
3 NaN NaN NaN NaN NaN
此外，如果我们想设置默认的其他填充值，而非NaN的话，可以传入填充值。
In[11]: df1.add(df2, fill_value=0)
Out[11]:
a b c d e
0 0 2 4 6 4
1 9 11 13 15 9
2 18 20 22 24 14
3 15 16 17 18 19
编程要求
根据提示，在右侧编辑器Begin-End处补充代码：
让df1与df2相加得到df3，并设置默认填充值为4。
# -*- coding: utf-8 -*-
from pandas import Series,DataFrame
import numpy as np
import pandas as pd
def add_way():
'''
返回值:
df3: 一个DataFrame类型数据
'''
# df1,df2是DataFrame类型数据
df1 = DataFrame(np.arange(12.).reshape((3, 4)), columns=list('abcd'))
df2 = DataFrame(np.arange(20.).reshape((4, 5)), columns=list('abcde'))
# 请在此添加代码 完成本关任务
# ********** Begin *********#
df3 = df1.add(df2,fill_value=4)
# ********** End **********#
# 返回df3
return df3
第7关：数据的基本操作——去重
任务描述
本关任务：根据编程要求，完成相关代码的编写。
相关知识
duplicated()
DataFrame的duplicated方法返回一个布尔型Series，表示各行是否是重复行。具体用法如下：
In[1]: df = DataFrame({'k1':['one']*3 + ['two']*4, 'k2':[1,1,2,3,3,4,4]})
In[2]: df
Out[2]:
k1 k2
0 one 1
1 one 1
2 one 2
3 two 3
4 two 3
5 two 4
6 two 4
In[3]: df.duplicated()
Out[3]:
0 False
1 True
2 False
3 False
4 True
5 False
6 True
dtype: bool
drop_duplicates()
drop_duplicates()用于去除重复的行数，具体用法如下：
In[4]: df.drop_duplicates()
Out[4]:
k1 k2
0 one 1
2 one 2
3 two 3
5 two 4
编程要求
根据提示，在右侧编辑器Begin-End处补充代码:
去除df1中重复的行，并把结果保存到df2中。
# -*- coding: utf-8 -*-
from pandas import Series,DataFrame
import pandas as pd
def delete_duplicated():
'''
返回值:
df2: 一个DataFrame类型数据
'''
# df1是DataFrame类型数据
df1 = DataFrame({'k1': ['one'] * 3 + ['two'] * 4, 'k2': [1, 1, 2, 3, 3, 4, 4]})
# 请在此添加代码 完成本关任务
# ********** Begin *********#
df2 = df1.drop_duplicates()
# ********** End **********#
# 返回df2
return df2
第8关：层次化索引
任务描述
本关任务：根据编程要求，完成相关代码的编写。
相关知识
层次化索引
层次化索引(hierarchical indexing)是pandas的一项重要功能，它使我们能在一个轴上拥有多个（两个以上）索引级别。请看以下例子：
In[1]:data = Series(np.random.randn(10), index = [['a', 'a', 'a', 'b', 'b', 'b', 'c', 'c', 'd', 'd' ],[1,2,3,1,2,3,1,2,2,3]])
In[2]:data
Out[2]:
a 1 0.169239
2 0.689271
3 0.879309
b 1 -0.699176
2 0.260446
3 -0.321751
c 1 0.893105
2 0.757505
d 2 -1.223344
3 -0.802812
dtype: float64
索引方式
In[3]:data['b':'d']
Out[3]:
b 1 -0.699176
2 0.260446
3 -0.321751
c 1 0.893105
2 0.757505
d 2 -1.223344
3 -0.802812
dtype: float64
内层选取
In[4]:data[:, 2]
Out[4]:
a 0.689271
b 0.260446
c 0.757505
d -1.223344
dtype: float64
数据重塑
将Series转化成DataFrame:
in[5]:data.unstack()
Out[5]:
1 2 3
a 0.169239 0.689271 0.879309
b -0.699176 0.260446 -0.321751
c 0.893105 0.757505 NaN
d NaN -1.223344 -0.802812
编程要求
根据提示，在右侧编辑器Begin-End处补充代码:
对s1进行数据重塑，转化成DataFrame类型，并复制到d1。
# -*- coding: utf-8 -*-
from pandas import Series,DataFrame
import pandas as pd
import numpy as np
def suoying():
'''
返回值:
d1: 一个DataFrame类型数据
'''
#s1是Series类型数据
s1=Series(np.random.randn(10),
index=[['a', 'a', 'a', 'b', 'b', 'b', 'c', 'c', 'd', 'd'], [1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 2, 3]])
# 请在此添加代码 完成本关任务
# ********** Begin *********#
d1 = s1.unstack()
# ********** End **********#
# 返回d1
return d1
suoying()
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