实验04 Pandas基础

实验学时：2学时
实验类型：验证
实验要求：必修

一、实验目的

1.掌握pandas系列、数据帧和面板的使用
2.掌握pandas基本功能和操作

二、实验要求

1. Pandas 程序的运行步骤。
   2．pandas的数据结构
   3．pandas系列、数据帧和面板
2. pandas基本功能和操作

三、实验内容

任务1.使用pandas创建100个随机整数Series，使用系列函数输出该系列、系列的索引值，判断系列是否为空，输出系列的维度值、大小和值，输出系列的前10个和后6个元素。用numpy、pandas和python编程实现。

任务2. 使用pandas创建50个人的随机名字,名字要求符合中国习惯（即“姓+名字”），统计这些名字中含“刚”字的个数。用numpy、pandas和python编程实现。

任务3. 产生某校5000个同学五门课程成绩数据，要求有“姓名、高等数学、大学英语、操作系统、Python语言、计算机组成原理”这些字段，将生成的数据存入“myedu.xlsx”文件中，sheet名称为“厦门未来学院”。用numpy、pandas和python编程实现。

任务4. 产生500个班、每个班50名同学的五门课程成绩数据，要求有“姓名、高等数学、大学英语、操作系统、Python语言、计算机组成原理”这些字段，将生成的数据存入“myedu3.xlsx”文件中，工作表的名称为“1班”到“500班”。用numpy、pandas和python编程实现。

test4.py

import pandas as pd
import numpy as np
import random
from openpyxl import Workbook
from openpyxl.utils.dataframe import dataframe_to_rows


def task1():
    # 创建一个包含100个随机整数的Series
    random_data = pd.Series(np.random.randint(1, 101, 100))

    # 输出整个Series
    print("整个Series:")
    print(random_data)

    # 输出Series的索引值
    print("\nSeries的索引值:")
    print(random_data.index)

    # 判断Series是否为空
    is_empty = random_data.empty
    print("\nSeries是否为空:", is_empty)

    # 输出Series的维度值
    shape = random_data.shape
    print("\nSeries的维度值:", shape)

    # 输出Series的大小
    size = random_data.size
    print("\nSeries的大小:", size)

    # 输出Series的值
    values = random_data.values
    print("\nSeries的值:")
    print(values)

    # 输出Series的前10个元素
    print("\nSeries的前10个元素:")
    print(random_data.head(10))

    # 输出Series的后6个元素
    print("\nSeries的后6个元素:")
    print(random_data.tail(6))


def task2():
    # 姓氏列表
    surnames = ["赵", "钱", "孙", "李", "周", "吴", "郑", "王", "冯", "陈",
                "楮", "卫", "蒋", "沈", "韩", "杨", "朱", "秦", "尤", "许",
                "何", "吕", "施", "张", "孔", "曹", "严", "华", "金", "魏",
                "陶", "姜", "戚", "谢", "邹", "喻", "柏", "水", "窦", "章",
                "云", "苏", "潘", "葛", "奚", "范", "彭", "郎", "鲁"]

    # 名字列表
    names = ["刚", "强", "伟", "勇", "宏", "杰", "明", "峰", "飞", "军",
             "创", "凯", "俊", "华", "兵", "龙", "良", "志", "威", "毅",
             "洪", "涛", "建", "民", "文", "亮", "新", "波", "贵", "忠"]

    # 随机生成50个名字
    random_names = [random.choice(surnames) + random.choice(names) for _ in range(50)]

    # 创建包含名字的Series
    names_series = pd.Series(random_names)

    # 统计含有“刚”字的名字个数
    count_gang_names = names_series.str.count("刚").sum()

    # 输出结果
    print("50个随机名字：")
    print(names_series)
    print("\n含有“刚”字的名字个数：", count_gang_names)


def task3():
    # 创建一个包含5000个同学的姓名数据
    def generate_names(n):
        first_names = ['张', '王', '李', '赵', '刘', '陈', '杨', '黄', '吴', '赖']
        last_names = ['明', '伟', '芳', '刚', '婷', '华', '强', '亮', '艳', '静']
        names = [f"{np.random.choice(first_names)}{np.random.choice(last_names)}" for _ in range(n)]
        return names

    data = {
        '姓名': generate_names(5000),
        '高等数学': np.random.randint(60, 101, 5000),
        '大学英语': np.random.randint(60, 101, 5000),
        '操作系统': np.random.randint(60, 101, 5000),
        'Python语言': np.random.randint(60, 101, 5000),
        '计算机组成原理': np.random.randint(60, 101, 5000)
    }

    # 创建数据框
    df = pd.DataFrame(data)

    # 保存到Excel文件
    df.to_excel('myedu.xlsx', sheet_name='厦门未来学院', index=False)

    print("数据已成功保存到myedu.xlsx文件。")


# 生成随机姓名数据
def generate_names(num_names):
    names = []
    for i in range(num_names):
        names.append(f'Student {i + 1}')
    return names


# 生成随机成绩数据
def generate_grades(num_students, num_courses):
    return np.random.randint(0, 101, size=(num_students, num_courses))


def task4():
    # 定义班级数和每班同学数
    num_classes = 500
    students_per_class = 50

    # 创建一个Pandas DataFrame并存储为Excel文件
    writer = pd.ExcelWriter('myedu1.xlsx', engine='xlsxwriter')

    for i in range(num_classes):
        class_name = f'{i + 1}班'
        names = generate_names(students_per_class)
        grades = generate_grades(students_per_class, 5)

        data = {
            '姓名': names,
            '高等数学': grades[:, 0],
            '大学英语': grades[:, 1],
            '操作系统': grades[:, 2],
            'Python语言': grades[:, 3],
            '计算机组成原理': grades[:, 4]
        }

        df = pd.DataFrame(data)
        df.to_excel(writer, sheet_name=class_name, index=False)

    writer.save()


if __name__ == '__main__':
    task1()
    task2()
    task3()
    task4()