处理缺失数据
被视为“缺失”的值
pandas 使用不同的标记值来表示缺失值（也称为 NA），具体取决于数据类型。
numpy.nan适用于 NumPy 数据类型。使用 NumPy 数据类型的缺点是原始数据类型将被强制转换为np.float64或object。
In [1]: pd.Series([1, 2], dtype=np.int64).reindex([0, 1, 2])
Out[1]:
0 1.0
1 2.0
2 NaN
dtype: float64
In [2]: pd.Series([True, False], dtype=np.bool_).reindex([0, 1, 2])
Out[2]:
0 True
1 False
2 NaN
dtype: object
NaT适用于 NumPy 的np.datetime64、np.timedelta64和PeriodDtype。对于类型应用程序，请使用api.types.NaTType。
In [3]: pd.Series([1, 2], dtype=np.dtype("timedelta64[ns]")).reindex([0, 1, 2])
Out[3]:
0 0 days 00:00:00.000000001
1 0 days 00:00:00.000000002
2 NaT
dtype: timedelta64[ns]
In [4]: pd.Series([1, 2], dtype=np.dtype("datetime64[ns]")).reindex([0, 1, 2])
Out[4]:
0 1970-01-01 00:00:00.000000001
1 1970-01-01 00:00:00.000000002
2 NaT
dtype: datetime64[ns]
In [5]: pd.Series(["2020", "2020"], dtype=pd.PeriodDtype("D")).reindex([0, 1, 2])
Out[5]:
0 2020-01-01
1 2020-01-01
2 NaT
dtype: period[D]
NA适用于StringDtype、Int64Dtype（和其他位宽）、Float64Dtype（和其他位宽）、:class:BooleanDtype和ArrowDtype。这些类型将保持数据的原始数据类型。对于类型应用程序，请使用api.types.NAType。
In [6]: pd.Series([1, 2], dtype="Int64").reindex([0, 1, 2])
Out[6]:
0 1
1 2
2 <NA>
dtype: Int64
In [7]: pd.Series([True, False], dtype="boolean[pyarrow]").reindex([0, 1, 2])
Out[7]:
0 True
1 False
2 <NA>
dtype: bool[pyarrow]
要检测这些缺失值，请使用isna()或notna()方法。
In [8]: ser = pd.Series([pd.Timestamp("2020-01-01"), pd.NaT])
In [9]: ser
Out[9]:
0 2020-01-01
1 NaT
dtype: datetime64[ns]
In [10]: pd.isna(ser)
Out[10]:
0 False
1 True
dtype: bool
注意
isna()或notna()也会将None视为缺失值。
In [11]: ser = pd.Series([1, None], dtype=object)
In [12]: ser
Out[12]:
0 1
1 None
dtype: object
In [13]: pd.isna(ser)
Out[13]:
0 False
1 True
dtype: bool
警告
np.nan、NaT和NA之间的相等比较不像None那样起作用。
In [14]: None == None # noqa: E711
Out[14]: True
In [15]: np.nan == np.nan
Out[15]: False
In [16]: pd.NaT == pd.NaT
Out[16]: False
In [17]: pd.NA == pd.NA
Out[17]: <NA>
因此，DataFrame或Series与这些缺失值之一进行相等比较并不提供与isna()或notna()相同的信息。
In [18]: ser = pd.Series([True, None], dtype="boolean[pyarrow]")
In [19]: ser == pd.NA
Out[19]:
0 <NA>
1 <NA>
dtype: bool[pyarrow]
In [20]: pd.isna(ser)
Out[20]:
0 False
1 True
dtype: bool
NA语义
警告
实验性：NA的行为仍可能在没有警告的情况下发生变化。
从 pandas 1.0 开始，实验性的NA值（单例）可用于表示标量缺失值。NA的目标是提供一个可以在各种数据类型之间一致使用的“缺失”指示器（而不是根据数据类型而定的np.nan、None或pd.NaT）。
例如，在具有可空整数 dtype 的 Series 中存在缺失值时，它将使用 NA：
In [21]: s = pd.Series([1, 2, None], dtype="Int64")
In [22]: s
Out[22]:
0 1
1 2
2 <NA>
dtype: Int64
In [23]: s[2]
Out[23]: <NA>
In [24]: s[2] is pd.NA
Out[24]: True
目前，pandas 尚未默认使用那些使用 NA 的数据类型，如 DataFrame 或 Series，因此您需要明确指定 dtype。在转换部分中解释了将其转换为这些 dtype 的简单方法。
算术和比较操作中的传播
一般来说，在涉及 NA 的操作中，缺失值会传播。当其中一个操作数未知时，操作的结果也是未知的。
例如，在算术操作中，NA 会传播，类似于 np.nan：
In [25]: pd.NA + 1
Out[25]: <NA>
In [26]: "a" * pd.NA
Out[26]: <NA>
有一些特殊情况，即使其中一个操作数是NA，结果也是已知的。
In [27]: pd.NA ** 0
Out[27]: 1
In [28]: 1 ** pd.NA
Out[28]: 1
在相等性和比较操作中，NA 也会传播。这与np.nan的行为不同，其中与np.nan的比较总是返回False。
In [29]: pd.NA == 1
Out[29]: <NA>
In [30]: pd.NA == pd.NA
Out[30]: <NA>
In [31]: pd.NA < 2.5
Out[31]: <NA>
要检查一个值是否等于 NA，请使用 isna()
In [32]: pd.isna(pd.NA)
Out[32]: True
注意
在这种基本传播规则上的一个例外是缩减（例如均值或最小值），pandas 默认跳过缺失值。更多信息请参见计算部分。
逻辑操作
对于逻辑操作，NA 遵循 三值逻辑（或Kleene 逻辑，类似于 R、SQL 和 Julia）。这种逻辑意味着只有在逻辑上需要时才传播缺失值。
例如，对于逻辑“或”操作（|），如果操作数之一是True，我们已经知道结果将是True，无论另一个值是什么（因此无论缺失值是True还是False）。在这种情况下，NA 不会传播：
In [33]: True | False
Out[33]: True
In [34]: True | pd.NA
Out[34]: True
In [35]: pd.NA | True
Out[35]: True
另一方面，如果操作数之一是False，结果取决于另一个操作数的值。因此，在这种情况下，NA 会传播：
In [36]: False | True
Out[36]: True
In [37]: False | False
Out[37]: False
In [38]: False | pd.NA
Out[38]: <NA>
逻辑“与”操作（&）的行为可以使用类似的逻辑推导（现在，如果操作数之一已经是False，那么 NA 将不会传播）：
In [39]: False & True
Out[39]: False
In [40]: False & False
Out[40]: False
In [41]: False & pd.NA
Out[41]: False
In [42]: True & True
Out[42]: True
In [43]: True & False
Out[43]: False
In [44]: True & pd.NA
Out[44]: <NA>
在布尔上下文中的NA
由于 NA 的实际值是未知的，将 NA 转换为布尔值是模棱两可的。
In [45]: bool(pd.NA)
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
Cell In[45], line 1
----> 1 bool(pd.NA)
File missing.pyx:392, in pandas._libs.missing.NAType.__bool__()
TypeError: boolean value of NA is ambiguous
这也意味着NA不能在被评估为布尔值的上下文中使用，例如if condition: ...，其中condition可能是NA。在这种情况下，可以使用isna()来检查NA或避免condition为NA，例如在填充缺失值之前。
当在if语句中使用Series或DataFrame对象时，会出现类似情况，请参阅在 pandas 中使用 if/truth 语句。
NumPy ufuncs
pandas.NA实现了 NumPy 的__array_ufunc__协议。大多数 ufunc 与NA一起工作，并通常返回NA：
In [46]: np.log(pd.NA)
Out[46]: <NA>
In [47]: np.add(pd.NA, 1)
Out[47]: <NA>
警��
目前，涉及 ndarray 和NA的 ufunc 将返回一个填充有 NA 值的对象 dtype。
In [48]: a = np.array([1, 2, 3])
In [49]: np.greater(a, pd.NA)
Out[49]: array([<NA>, <NA>, <NA>], dtype=object)
这里的返回类型可能会在将来更改为返回不同的数组类型。
更多关于 ufunc 的信息，请参阅 DataFrame 与 NumPy 函数的互操作性。
转换
如果你有一个使用np.nan的DataFrame或Series，可以在DataFrame中使用Series.convert_dtypes()和DataFrame.convert_dtypes()将数据转换为使用NA等数据类型的数据，例如Int64Dtype或ArrowDtype。这在从 IO 方法读取数据集并推断数据类型后特别有帮助。
在这个例子中，虽然所有列的 dtype 都已更改，但我们仅展示前 10 列的结果。
In [50]: import io
In [51]: data = io.StringIO("a,b\n,True\n2,")
In [52]: df = pd.read_csv(data)
In [53]: df.dtypes
Out[53]:
a float64
b object
dtype: object
In [54]: df_conv = df.convert_dtypes()
In [55]: df_conv
Out[55]:
a b
0 <NA> True
1 2 <NA>
In [56]: df_conv.dtypes
Out[56]:
a Int64
b boolean
dtype: object
``` ## 插入缺失数据
你可以通过简单地赋值给`Series`或`DataFrame`来插入缺失值。所使用的缺失值标记将根据 dtype 选择。
```py
In [57]: ser = pd.Series([1., 2., 3.])
In [58]: ser.loc[0] = None
In [59]: ser
Out[59]:
0 NaN
1 2.0
2 3.0
dtype: float64
In [60]: ser = pd.Series([pd.Timestamp("2021"), pd.Timestamp("2021")])
In [61]: ser.iloc[0] = np.nan
In [62]: ser
Out[62]:
0 NaT
1 2021-01-01
dtype: datetime64[ns]
In [63]: ser = pd.Series([True, False], dtype="boolean[pyarrow]")
In [64]: ser.iloc[0] = None
In [65]: ser
Out[65]:
0 <NA>
1 False
dtype: bool[pyarrow]
对于object类型，pandas 将使用给定的值：
In [66]: s = pd.Series(["a", "b", "c"], dtype=object)
In [67]: s.loc[0] = None
In [68]: s.loc[1] = np.nan
In [69]: s
Out[69]:
0 None
1 NaN
2 c
dtype: object
``` ## 使用缺失数据进行计算
缺失值在 pandas 对象之间的算术运算中传播。
```py
In [70]: ser1 = pd.Series([np.nan, np.nan, 2, 3])
In [71]: ser2 = pd.Series([np.nan, 1, np.nan, 4])
In [72]: ser1
Out[72]:
0 NaN
1 NaN
2 2.0
3 3.0
dtype: float64
In [73]: ser2
Out[73]:
0 NaN
1 1.0
2 NaN
3 4.0
dtype: float64
In [74]: ser1 + ser2
Out[74]:
0 NaN
1 NaN
2 NaN
3 7.0
dtype: float64
在数据结构概述中讨论的描述性统计和计算方法（在此处列出 series 和 frame）都考虑了缺失数据。
在对数据求和时，NA 值或空数据将被视为零。
In [75]: pd.Series([np.nan]).sum()
Out[75]: 0.0
In [76]: pd.Series([], dtype="float64").sum()
Out[76]: 0.0
在进行乘法运算时，NA 值或空数据将被视为 1。
In [77]: pd.Series([np.nan]).prod()
Out[77]: 1.0
In [78]: pd.Series([], dtype="float64").prod()
Out[78]: 1.0
累积方法如cumsum()和cumprod()默认情况下忽略 NA 值，但在结果中保留它们。可以使用skipna更改此行为。
- 累积方法如
cumsum()和cumprod()默认情况下忽略 NA 值，但在结果数组中保留它们。要覆盖此行为并包含 NA 值，请使用skipna=False。
In [79]: ser = pd.Series([1, np.nan, 3, np.nan])
In [80]: ser
Out[80]:
0 1.0
1 NaN
2 3.0
3 NaN
dtype: float64
In [81]: ser.cumsum()
Out[81]:
0 1.0
1 NaN
2 4.0
3 NaN
dtype: float64
In [82]: ser.cumsum(skipna=False)
Out[82]:
0 1.0
1 NaN
2 NaN
3 NaN
dtype: float64
``` ## 删除缺失数据
`dropna()`删除具有缺失数据的行或列。
```py
In [83]: df = pd.DataFrame([[np.nan, 1, 2], [1, 2, np.nan], [1, 2, 3]])
In [84]: df
Out[84]:
0 1 2
0 NaN 1 2.0
1 1.0 2 NaN
2 1.0 2 3.0
In [85]: df.dropna()
Out[85]:
0 1 2
2 1.0 2 3.0
In [86]: df.dropna(axis=1)
Out[86]:
1
0 1
1 2
2 2
In [87]: ser = pd.Series([1, pd.NA], dtype="int64[pyarrow]")
In [88]: ser.dropna()
Out[88]:
0 1
dtype: int64[pyarrow]
填充缺失数据
按值填充
fillna()用非 NA 数据替换 NA 值。
用标量值替换 NA
In [89]: data = {"np": [1.0, np.nan, np.nan, 2], "arrow": pd.array([1.0, pd.NA, pd.NA, 2], dtype="float64[pyarrow]")}
In [90]: df = pd.DataFrame(data)
In [91]: df
Out[91]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 NaN <NA>
2 NaN <NA>
3 2.0 2.0
In [92]: df.fillna(0)
Out[92]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 0.0 0.0
2 0.0 0.0
3 2.0 2.0
向前或向后填补间隙
In [93]: df.ffill()
Out[93]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 1.0 1.0
2 1.0 1.0
3 2.0 2.0
In [94]: df.bfill()
Out[94]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 2.0 2.0
2 2.0 2.0
3 2.0 2.0
限制填充的 NA 值数量
In [95]: df.ffill(limit=1)
Out[95]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 1.0 1.0
2 NaN <NA>
3 2.0 2.0
NA 值可以用与Series或DataFrame对齐的索引和列之间的对应值替换。
In [96]: dff = pd.DataFrame(np.arange(30, dtype=np.float64).reshape(10, 3), columns=list("ABC"))
In [97]: dff.iloc[3:5, 0] = np.nan
In [98]: dff.iloc[4:6, 1] = np.nan
In [99]: dff.iloc[5:8, 2] = np.nan
In [100]: dff
Out[100]:
A B C
0 0.0 1.0 2.0
1 3.0 4.0 5.0
2 6.0 7.0 8.0
3 NaN 10.0 11.0
4 NaN NaN 14.0
5 15.0 NaN NaN
6 18.0 19.0 NaN
7 21.0 22.0 NaN
8 24.0 25.0 26.0
9 27.0 28.0 29.0
In [101]: dff.fillna(dff.mean())
Out[101]:
A B C
0 0.00 1.0 2.000000
1 3.00 4.0 5.000000
2 6.00 7.0 8.000000
3 14.25 10.0 11.000000
4 14.25 14.5 14.000000
5 15.00 14.5 13.571429
6 18.00 19.0 13.571429
7 21.00 22.0 13.571429
8 24.00 25.0 26.000000
9 27.00 28.0 29.000000
注意
DataFrame.where()也可用于填充 NA 值。与上述结果相同。
In [102]: dff.where(pd.notna(dff), dff.mean(), axis="columns")
Out[102]:
A B C
0 0.00 1.0 2.000000
1 3.00 4.0 5.000000
2 6.00 7.0 8.000000
3 14.25 10.0 11.000000
4 14.25 14.5 14.000000
5 15.00 14.5 13.571429
6 18.00 19.0 13.571429
7 21.00 22.0 13.571429
8 24.00 25.0 26.000000
9 27.00 28.0 29.000000
``` ### 插值
`DataFrame.interpolate()`和`Series.interpolate()`使用各种插值方法填充 NA 值。
```py
In [103]: df = pd.DataFrame(
.....: {
.....: "A": [1, 2.1, np.nan, 4.7, 5.6, 6.8],
.....: "B": [0.25, np.nan, np.nan, 4, 12.2, 14.4],
.....: }
.....: )
.....:
In [104]: df
Out[104]:
A B
0 1.0 0.25
1 2.1 NaN
2 NaN NaN
3 4.7 4.00
4 5.6 12.20
5 6.8 14.40
In [105]: df.interpolate()
Out[105]:
A B
0 1.0 0.25
1 2.1 1.50
2 3.4 2.75
3 4.7 4.00
4 5.6 12.20
5 6.8 14.40
In [106]: idx = pd.date_range("2020-01-01", periods=10, freq="D")
In [107]: data = np.random.default_rng(2).integers(0, 10, 10).astype(np.float64)
In [108]: ts = pd.Series(data, index=idx)
In [109]: ts.iloc[[1, 2, 5, 6, 9]] = np.nan
In [110]: ts
Out[110]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 NaN
2020-01-03 NaN
2020-01-04 2.0
2020-01-05 4.0
2020-01-06 NaN
2020-01-07 NaN
2020-01-08 0.0
2020-01-09 3.0
2020-01-10 NaN
Freq: D, dtype: float64
In [111]: ts.plot()
Out[111]: <Axes: >
In [112]: ts.interpolate()
Out[112]:
2020-01-01 8.000000
2020-01-02 6.000000
2020-01-03 4.000000
2020-01-04 2.000000
2020-01-05 4.000000
2020-01-06 2.666667
2020-01-07 1.333333
2020-01-08 0.000000
2020-01-09 3.000000
2020-01-10 3.000000
Freq: D, dtype: float64
In [113]: ts.interpolate().plot()
Out[113]: <Axes: >
相对于Timestamp在DatetimeIndex上的插值可通过设置method="time"来实现。
In [114]: ts2 = ts.iloc[[0, 1, 3, 7, 9]]
In [115]: ts2
Out[115]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 NaN
2020-01-04 2.0
2020-01-08 0.0
2020-01-10 NaN
dtype: float64
In [116]: ts2.interpolate()
Out[116]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 5.0
2020-01-04 2.0
2020-01-08 0.0
2020-01-10 0.0
dtype: float64
In [117]: ts2.interpolate(method="time")
Out[117]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 6.0
2020-01-04 2.0
2020-01-08 0.0
2020-01-10 0.0
dtype: float64
对于浮点索引，请使用method='values'：
In [118]: idx = [0.0, 1.0, 10.0]
In [119]: ser = pd.Series([0.0, np.nan, 10.0], idx)
In [120]: ser
Out[120]:
0.0 0.0
1.0 NaN
10.0 10.0
dtype: float64
In [121]: ser.interpolate()
Out[121]:
0.0 0.0
1.0 5.0
10.0 10.0
dtype: float64
In [122]: ser.interpolate(method="values")
Out[122]:
0.0 0.0
1.0 1.0
10.0 10.0
dtype: float64
如果您安装了scipy，您可以将一个 1-d 插值例程的名称传递给method。如在 scipy 插值文档和参考指南中指定。适当的插值方法将取决于数据类型。
提示
如果您处理的是以增长速度增长的时间序列，请使用method='barycentric'。
如果您有接近累积分布函数的值，请使用method='pchip'。
若要填充缺失值以实现平滑绘图，请使用method='akima'。
In [123]: df = pd.DataFrame(
.....: {
.....: "A": [1, 2.1, np.nan, 4.7, 5.6, 6.8],
.....: "B": [0.25, np.nan, np.nan, 4, 12.2, 14.4],
.....: }
.....: )
.....:
In [124]: df
Out[124]:
A B
0 1.0 0.25
1 2.1 NaN
2 NaN NaN
3 4.7 4.00
4 5.6 12.20
5 6.8 14.40
In [125]: df.interpolate(method="barycentric")
Out[125]:
A B
0 1.00 0.250
1 2.10 -7.660
2 3.53 -4.515
3 4.70 4.000
4 5.60 12.200
5 6.80 14.400
In [126]: df.interpolate(method="pchip")
Out[126]:
A B
0 1.00000 0.250000
1 2.10000 0.672808
2 3.43454 1.928950
3 4.70000 4.000000
4 5.60000 12.200000
5 6.80000 14.400000
In [127]: df.interpolate(method="akima")
Out[127]:
A B
0 1.000000 0.250000
1 2.100000 -0.873316
2 3.406667 0.320034
3 4.700000 4.000000
4 5.600000 12.200000
5 6.800000 14.400000
当通过多项式或样条逼近进行插值时，您还必须指定逼近的次数或阶数：
In [128]: df.interpolate(method="spline", order=2)
Out[128]:
A B
0 1.000000 0.250000
1 2.100000 -0.428598
2 3.404545 1.206900
3 4.700000 4.000000
4 5.600000 12.200000
5 6.800000 14.400000
In [129]: df.interpolate(method="polynomial", order=2)
Out[129]:
A B
0 1.000000 0.250000
1 2.100000 -2.703846
2 3.451351 -1.453846
3 4.700000 4.000000
4 5.600000 12.200000
5 6.800000 14.400000
比较几种方法。
In [130]: np.random.seed(2)
In [131]: ser = pd.Series(np.arange(1, 10.1, 0.25) ** 2 + np.random.randn(37))
In [132]: missing = np.array([4, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 29])
In [133]: ser.iloc[missing] = np.nan
In [134]: methods = ["linear", "quadratic", "cubic"]
In [135]: df = pd.DataFrame({m: ser.interpolate(method=m) for m in methods})
In [136]: df.plot()
Out[136]: <Axes: >
通过Series.reindex()从扩展数据中插值新观测。
In [137]: ser = pd.Series(np.sort(np.random.uniform(size=100)))
# interpolate at new_index
In [138]: new_index = ser.index.union(pd.Index([49.25, 49.5, 49.75, 50.25, 50.5, 50.75]))
In [139]: interp_s = ser.reindex(new_index).interpolate(method="pchip")
In [140]: interp_s.loc[49:51]
Out[140]:
49.00 0.471410
49.25 0.476841
49.50 0.481780
49.75 0.485998
50.00 0.489266
50.25 0.491814
50.50 0.493995
50.75 0.495763
51.00 0.497074
dtype: float64
插值限制
interpolate()接受一个limit关键字参数，以限制自上次有效观测以来填充的连续NaN值的数量。
In [141]: ser = pd.Series([np.nan, np.nan, 5, np.nan, np.nan, np.nan, 13, np.nan, np.nan])
In [142]: ser
Out[142]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
In [143]: ser.interpolate()
Out[143]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 9.0
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
In [144]: ser.interpolate(limit=1)
Out[144]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 13.0
8 NaN
dtype: float64
默认情况下，NaN值以forward方向填充。使用limit_direction参数向backward或从both方向填充。
In [145]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="backward")
Out[145]:
0 NaN
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
In [146]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="both")
Out[146]:
0 NaN
1 5.0
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 NaN
dtype: float64
In [147]: ser.interpolate(limit_direction="both")
Out[147]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 7.0
4 9.0
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
默认情况下，NaN值会被填充，无论它们是否被现有有效值包围或在现有有效值之外。limit_area参数限制填充到内部或外部值。
# fill one consecutive inside value in both directions
In [148]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="inside", limit=1)
Out[148]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values backward
In [149]: ser.interpolate(limit_direction="backward", limit_area="outside")
Out[149]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values in both directions
In [150]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="outside")
Out[150]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
``` ### 替换值
`Series.replace()`和`DataFrame.replace()`可以类似于`Series.fillna()`和`DataFrame.fillna()`用于替换或插入缺失值。
```py
In [151]: df = pd.DataFrame(np.eye(3))
In [152]: df
Out[152]:
0 1 2
0 1.0 0.0 0.0
1 0.0 1.0 0.0
2 0.0 0.0 1.0
In [153]: df_missing = df.replace(0, np.nan)
In [154]: df_missing
Out[154]:
0 1 2
0 1.0 NaN NaN
1 NaN 1.0 NaN
2 NaN NaN 1.0
In [155]: df_filled = df_missing.replace(np.nan, 2)
In [156]: df_filled
Out[156]:
0 1 2
0 1.0 2.0 2.0
1 2.0 1.0 2.0
2 2.0 2.0 1.0
通过传递列表可以替换多个值。
In [157]: df_filled.replace([1, 44], [2, 28])
Out[157]:
0 1 2
0 2.0 2.0 2.0
1 2.0 2.0 2.0
2 2.0 2.0 2.0
使用映射字典进行替换。
In [158]: df_filled.replace({1: 44, 2: 28})
Out[158]:
0 1 2
0 44.0 28.0 28.0
1 28.0 44.0 28.0
2 28.0 28.0 44.0
正则表达式替换
注意
Python 字符串以 r 字符开头，例如 r'hello world' 是“原始”字符串。 它们在反斜杠方面具有与没有此前缀的字符串不同的语义。 原始字符串中的反斜杠将被解释为转义的反斜杠，例如，r'\' == '\\'。
用 NaN 替换 ‘.’
In [159]: d = {"a": list(range(4)), "b": list("ab.."), "c": ["a", "b", np.nan, "d"]}
In [160]: df = pd.DataFrame(d)
In [161]: df.replace(".", np.nan)
Out[161]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
用删除周围空格的正则表达式替换 ‘.’ 为 NaN。
In [162]: df.replace(r"\s*\.\s*", np.nan, regex=True)
Out[162]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
替换为一组正则表达式。
In [163]: df.replace([r"\.", r"(a)"], ["dot", r"\1stuff"], regex=True)
Out[163]:
a b c
0 0 astuff astuff
1 1 b b
2 2 dot NaN
3 3 dot d
用映射字典中的正则表达式替换。
In [164]: df.replace({"b": r"\s*\.\s*"}, {"b": np.nan}, regex=True)
Out[164]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
传递使用 regex 关键字的正则表达式的嵌套字典。
In [165]: df.replace({"b": {"b": r""}}, regex=True)
Out[165]:
a b c
0 0 a a
1 1 b
2 2 . NaN
3 3 . d
In [166]: df.replace(regex={"b": {r"\s*\.\s*": np.nan}})
Out[166]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
In [167]: df.replace({"b": r"\s*(\.)\s*"}, {"b": r"\1ty"}, regex=True)
Out[167]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 .ty NaN
3 3 .ty d
传递一个正则表达式列表，将匹配项替换为标量。
In [168]: df.replace([r"\s*\.\s*", r"a|b"], "placeholder", regex=True)
Out[168]:
a b c
0 0 placeholder placeholder
1 1 placeholder placeholder
2 2 placeholder NaN
3 3 placeholder d
所有的正则表达式示例也可以作为 to_replace 参数传递给 regex 参数。 在这种情况下，value 参数必须通过名称显式传递，或者 regex 必须是一个嵌套字典。
In [169]: df.replace(regex=[r"\s*\.\s*", r"a|b"], value="placeholder")
Out[169]:
a b c
0 0 placeholder placeholder
1 1 placeholder placeholder
2 2 placeholder NaN
3 3 placeholder d
注意
来自 re.compile 的正则表达式对象也是有效的输入。
被视为“缺失”的值
pandas 使用不同的标记值来表示缺失值（也称为 NA），具体取决于数据类型。
numpy.nan 适用于 NumPy 数据类型。 使用 NumPy 数据类型的缺点是原始数据类型将被强制转换为 np.float64 或 object。
In [1]: pd.Series([1, 2], dtype=np.int64).reindex([0, 1, 2])
Out[1]:
0 1.0
1 2.0
2 NaN
dtype: float64
In [2]: pd.Series([True, False], dtype=np.bool_).reindex([0, 1, 2])
Out[2]:
0 True
1 False
2 NaN
dtype: object
NaT 适用于 NumPy np.datetime64, np.timedelta64, 和 PeriodDtype。 对于类型应用程序，请使用 api.types.NaTType。
In [3]: pd.Series([1, 2], dtype=np.dtype("timedelta64[ns]")).reindex([0, 1, 2])
Out[3]:
0 0 days 00:00:00.000000001
1 0 days 00:00:00.000000002
2 NaT
dtype: timedelta64[ns]
In [4]: pd.Series([1, 2], dtype=np.dtype("datetime64[ns]")).reindex([0, 1, 2])
Out[4]:
0 1970-01-01 00:00:00.000000001
1 1970-01-01 00:00:00.000000002
2 NaT
dtype: datetime64[ns]
In [5]: pd.Series(["2020", "2020"], dtype=pd.PeriodDtype("D")).reindex([0, 1, 2])
Out[5]:
0 2020-01-01
1 2020-01-01
2 NaT
dtype: period[D]
NA 适用于 StringDtype, Int64Dtype（和其他位宽度）, Float64Dtype（和其他位宽度）, :class:BooleanDtype 和 ArrowDtype。 这些类型将保持数据的原始数据类型。 对于类型应用程序，请使用 api.types.NAType。
In [6]: pd.Series([1, 2], dtype="Int64").reindex([0, 1, 2])
Out[6]:
0 1
1 2
2 <NA>
dtype: Int64
In [7]: pd.Series([True, False], dtype="boolean[pyarrow]").reindex([0, 1, 2])
Out[7]:
0 True
1 False
2 <NA>
dtype: bool[pyarrow]
要检测这些缺失值，使用 isna() 或 notna() 方法。
In [8]: ser = pd.Series([pd.Timestamp("2020-01-01"), pd.NaT])
In [9]: ser
Out[9]:
0 2020-01-01
1 NaT
dtype: datetime64[ns]
In [10]: pd.isna(ser)
Out[10]:
0 False
1 True
dtype: bool
注意
isna() 或 notna() 也会将 None 视为缺失值。
In [11]: ser = pd.Series([1, None], dtype=object)
In [12]: ser
Out[12]:
0 1
1 None
dtype: object
In [13]: pd.isna(ser)
Out[13]:
0 False
1 True
dtype: bool
警告
np.nan, NaT, 和 NA 之间的相等比较不像 None。
In [14]: None == None # noqa: E711
Out[14]: True
In [15]: np.nan == np.nan
Out[15]: False
In [16]: pd.NaT == pd.NaT
Out[16]: False
In [17]: pd.NA == pd.NA
Out[17]: <NA>
因此，DataFrame或Series与这些缺失值之间的相等比较不提供与isna()或notna()相同的信息。
In [18]: ser = pd.Series([True, None], dtype="boolean[pyarrow]")
In [19]: ser == pd.NA
Out[19]:
0 <NA>
1 <NA>
dtype: bool[pyarrow]
In [20]: pd.isna(ser)
Out[20]:
0 False
1 True
dtype: bool
NA 语义
警告
实验性：NA的行为仍可能在没有警告的情况下更改。
从 pandas 1.0 开始，提供了一个实验性的NA值（单例）来表示标量缺失值。NA的目标是提供一个可以在各种数据类型中一致使用的“缺失”指示符（而不是根据数据类型使用np.nan、None或pd.NaT）。
例如，在具有可空整数 dtype 的Series中存在缺失值时，它将使用NA:
In [21]: s = pd.Series([1, 2, None], dtype="Int64")
In [22]: s
Out[22]:
0 1
1 2
2 <NA>
dtype: Int64
In [23]: s[2]
Out[23]: <NA>
In [24]: s[2] is pd.NA
Out[24]: True
目前，pandas 尚未默认使用NA这些数据类型在DataFrame或Series中，因此您需要明确指定 dtype。在转换部分中解释了将其转换为这些 dtype 的简单方法。
算术和比较操作中的传播
一般来说，在涉及NA的操作中，缺失值会传播。当其中一个操作数未知时，操作的结果也是未知的。
例如，NA在算术操作中传播，类似于np.nan：
In [25]: pd.NA + 1
Out[25]: <NA>
In [26]: "a" * pd.NA
Out[26]: <NA>
有一些特殊情况，即使其中一个操作数是NA，结果也是已知的。
In [27]: pd.NA ** 0
Out[27]: 1
In [28]: 1 ** pd.NA
Out[28]: 1
在相等和比较操作中，NA也会传播。这与np.nan的行为不同，其中与np.nan的比较总是返回False。
In [29]: pd.NA == 1
Out[29]: <NA>
In [30]: pd.NA == pd.NA
Out[30]: <NA>
In [31]: pd.NA < 2.5
Out[31]: <NA>
要检查一个值是否等于NA，请使用isna()
In [32]: pd.isna(pd.NA)
Out[32]: True
注意
在这种基本传播规则上的一个例外是缩减（例如平均值或最小值），pandas 默认跳过缺失值。更多信息请参见计算部分。
逻辑操作
对于逻辑操作，NA遵循三值逻辑的规则（或Kleene 逻辑，类似于 R、SQL 和 Julia）。这种逻辑意味着只有在逻辑上需要时才传播缺失值。
例如，对于逻辑“或”操作（|），如果其中一个操作数为True，我们已经知道结果将是True，无论另一个值是什么（所以无论缺失值是True还是False）。在这种情况下，NA不会传播：
In [33]: True | False
Out[33]: True
In [34]: True | pd.NA
Out[34]: True
In [35]: pd.NA | True
Out[35]: True
另一方面，如果其中一个操作数是False，结果取决于另一个操作数的值。因此，在这种情况下，NA会传播：
In [36]: False | True
Out[36]: True
In [37]: False | False
Out[37]: False
In [38]: False | pd.NA
Out[38]: <NA>
逻辑“与”操作（&）的行为可以使用类似的逻辑推导（现在，如果其中一个操作数已经是False，那么NA将不会传播）：
In [39]: False & True
Out[39]: False
In [40]: False & False
Out[40]: False
In [41]: False & pd.NA
Out[41]: False
In [42]: True & True
Out[42]: True
In [43]: True & False
Out[43]: False
In [44]: True & pd.NA
Out[44]: <NA>
在布尔上下文中的NA
由于 NA 的实际值是未知的，将 NA 转换为布尔值是模棱两可的。
In [45]: bool(pd.NA)
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
Cell In[45], line 1
----> 1 bool(pd.NA)
File missing.pyx:392, in pandas._libs.missing.NAType.__bool__()
TypeError: boolean value of NA is ambiguous
这也意味着NA不能在被评估为布尔值的上下文中使用，例如if condition: ...，其中condition可能是NA。在这种情况下，可以使用isna()来检查NA，或者可以在此之前填充缺失值来避免condition为NA。
当在if语句中使用Series或DataFrame对象时，会出现类似情况，请参见在 pandas 中使用 if/truth 语句。
NumPy ufuncs
pandas.NA实现了 NumPy 的__array_ufunc__协议。大多数 ufuncs 与NA一起工作，并通常返回NA：
In [46]: np.log(pd.NA)
Out[46]: <NA>
In [47]: np.add(pd.NA, 1)
Out[47]: <NA>
警告
目前，涉及 ndarray 和NA的 ufuncs 将返回一个填充有 NA 值的对象 dtype。
In [48]: a = np.array([1, 2, 3])
In [49]: np.greater(a, pd.NA)
Out[49]: array([<NA>, <NA>, <NA>], dtype=object)
此处的返回类型可能会在将来更改为返回不同的数组类型。
更多关于 ufuncs 的信息，请参见 DataFrame 与 NumPy 函数的互操作性。
转换
如果你有一个使用np.nan的DataFrame或Series，可以在DataFrame中使用Series.convert_dtypes()和DataFrame.convert_dtypes()将数据转换为使用NA的数据类型，如Int64Dtype或ArrowDtype。这在从 IO 方法中读取数据集并推断数据类型后特别有帮助。
在这个例子中，虽然所有列的数据类型都被更改，但我们展示了前 10 列的结果。
In [50]: import io
In [51]: data = io.StringIO("a,b\n,True\n2,")
In [52]: df = pd.read_csv(data)
In [53]: df.dtypes
Out[53]:
a float64
b object
dtype: object
In [54]: df_conv = df.convert_dtypes()
In [55]: df_conv
Out[55]:
a b
0 <NA> True
1 2 <NA>
In [56]: df_conv.dtypes
Out[56]:
a Int64
b boolean
dtype: object
算术和比较操作中的传播
一般来说，在涉及NA的操作中，缺失值会传播。当操作数中有一个未知时，操作的结果也是未知的。
例如，NA在算术操作中会传播，类似于np.nan：
In [25]: pd.NA + 1
Out[25]: <NA>
In [26]: "a" * pd.NA
Out[26]: <NA>
在一些特殊情况下，即使操作数之一是NA，结果也是已知的。
In [27]: pd.NA ** 0
Out[27]: 1
In [28]: 1 ** pd.NA
Out[28]: 1
在相等性和比较操作中，NA也会传播。这与np.nan的行为不同，其中与np.nan的比较总是返回False。
In [29]: pd.NA == 1
Out[29]: <NA>
In [30]: pd.NA == pd.NA
Out[30]: <NA>
In [31]: pd.NA < 2.5
Out[31]: <NA>
要检查一个值是否等于NA，使用isna()
In [32]: pd.isna(pd.NA)
Out[32]: True
注意
在这个基本传播规则上的一个例外是缩减（如平均值或最小值），pandas 默认跳过缺失值。更多信息请参见计算部分。
逻辑操作
对于逻辑操作，NA遵循三值逻辑（或Kleene 逻辑，类似于 R、SQL 和 Julia）。这种逻辑意味着只在逻辑上需要时传播缺失值。
例如，在逻辑“或”操作（|）中，如果操作数之一是True，我们已经知道结果将是True，无论另一个值是什么（因此无论缺失值是True还是False）。在这种情况下，NA不会传播：
In [33]: True | False
Out[33]: True
In [34]: True | pd.NA
Out[34]: True
In [35]: pd.NA | True
Out[35]: True
另一方面，如果操作数中的一个是False，则结果取决于另一个操作数的值。因此，在这种情况下NA会传播：
In [36]: False | True
Out[36]: True
In [37]: False | False
Out[37]: False
In [38]: False | pd.NA
Out[38]: <NA>
逻辑“与”操作（&）的行为可以使用类似的逻辑推导出来（现在，如果操作数中的一个已经是False，那么NA将不会传播）：
In [39]: False & True
Out[39]: False
In [40]: False & False
Out[40]: False
In [41]: False & pd.NA
Out[41]: False
In [42]: True & True
Out[42]: True
In [43]: True & False
Out[43]: False
In [44]: True & pd.NA
Out[44]: <NA>
在布尔上下文中的NA
由于 NA 的实际值是未知的，将 NA 转换为布尔值是模棱两可的。
In [45]: bool(pd.NA)
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
Cell In[45], line 1
----> 1 bool(pd.NA)
File missing.pyx:392, in pandas._libs.missing.NAType.__bool__()
TypeError: boolean value of NA is ambiguous
这也意味着NA不能在被评估为布尔值的上下文中使用，例如if condition: ...，其中condition可能是NA。在这种情况下，可以使用isna()来检查NA或避免condition为NA，例如在填充缺失值之前。
当在if语句中使用Series或DataFrame对象时，会出现类似的情况，请参见在 pandas 中使用 if/真值语句。
NumPy 通用函数
pandas.NA实现了 NumPy 的__array_ufunc__协议。大多数通用函数与NA一起工作，并通常返回NA：
In [46]: np.log(pd.NA)
Out[46]: <NA>
In [47]: np.add(pd.NA, 1)
Out[47]: <NA>
警告
目前，涉及 ndarray 和NA的通用函数将返回一个填充有 NA 值的对象 dtype。
In [48]: a = np.array([1, 2, 3])
In [49]: np.greater(a, pd.NA)
Out[49]: array([<NA>, <NA>, <NA>], dtype=object)
这里的返回类型可能会在将来更改为返回不同的数组类型。
有关通用函数的更多信息，请参见 DataFrame 与 NumPy 函数的互操作性。
转换
如果您有一个使用np.nan的DataFrame或Series，Series.convert_dtypes()和DataFrame.convert_dtypes()在DataFrame中可以将数据转换为使用NA的数据类型，例如Int64Dtype或ArrowDtype。这在从 IO 方法读取数据集并推断数据类型后特别有帮助。
在这个例子中，虽然所有列的数据类型都发生了变化，但我们展示了前 10 列的结果。
In [50]: import io
In [51]: data = io.StringIO("a,b\n,True\n2,")
In [52]: df = pd.read_csv(data)
In [53]: df.dtypes
Out[53]:
a float64
b object
dtype: object
In [54]: df_conv = df.convert_dtypes()
In [55]: df_conv
Out[55]:
a b
0 <NA> True
1 2 <NA>
In [56]: df_conv.dtypes
Out[56]:
a Int64
b boolean
dtype: object
``` #### 转换
如果您有一个使用`np.nan`的`DataFrame`或`Series`，则可以在`DataFrame`中使用`Series.convert_dtypes()`和`DataFrame.convert_dtypes()`将数据转换为使用`NA`等数据类型的数据类型，如`Int64Dtype`或`ArrowDtype`。这在从 IO 方法读取数据集并推断数据类型后特别有帮助。
在这个例子中，虽然所有列的数据类型都发生了变化，但我们展示了前 10 列的结果。
```py
In [50]: import io
In [51]: data = io.StringIO("a,b\n,True\n2,")
In [52]: df = pd.read_csv(data)
In [53]: df.dtypes
Out[53]:
a float64
b object
dtype: object
In [54]: df_conv = df.convert_dtypes()
In [55]: df_conv
Out[55]:
a b
0 <NA> True
1 2 <NA>
In [56]: df_conv.dtypes
Out[56]:
a Int64
b boolean
dtype: object
插入缺失数据
您可以通过简单地分配给Series或DataFrame来插入缺失值。所使用的缺失值标记将根据数据类型选择。
In [57]: ser = pd.Series([1., 2., 3.])
In [58]: ser.loc[0] = None
In [59]: ser
Out[59]:
0 NaN
1 2.0
2 3.0
dtype: float64
In [60]: ser = pd.Series([pd.Timestamp("2021"), pd.Timestamp("2021")])
In [61]: ser.iloc[0] = np.nan
In [62]: ser
Out[62]:
0 NaT
1 2021-01-01
dtype: datetime64[ns]
In [63]: ser = pd.Series([True, False], dtype="boolean[pyarrow]")
In [64]: ser.iloc[0] = None
In [65]: ser
Out[65]:
0 <NA>
1 False
dtype: bool[pyarrow]
对于object类型，pandas 将使用给定的值：
In [66]: s = pd.Series(["a", "b", "c"], dtype=object)
In [67]: s.loc[0] = None
In [68]: s.loc[1] = np.nan
In [69]: s
Out[69]:
0 None
1 NaN
2 c
dtype: object
带有缺失数据的计算
缺失值会在 pandas 对象之间的算术运算中传播。
In [70]: ser1 = pd.Series([np.nan, np.nan, 2, 3])
In [71]: ser2 = pd.Series([np.nan, 1, np.nan, 4])
In [72]: ser1
Out[72]:
0 NaN
1 NaN
2 2.0
3 3.0
dtype: float64
In [73]: ser2
Out[73]:
0 NaN
1 1.0
2 NaN
3 4.0
dtype: float64
In [74]: ser1 + ser2
Out[74]:
0 NaN
1 NaN
2 NaN
3 7.0
dtype: float64
在数据结构概述中讨论的描述性统计和计算方法（并在这里和这里列出）都考虑了缺失数据。
在求和数据时，NA 值或空数据将被视为零。
In [75]: pd.Series([np.nan]).sum()
Out[75]: 0.0
In [76]: pd.Series([], dtype="float64").sum()
Out[76]: 0.0
在进行乘积运算时，NA 值或空数据将被视为 1。
In [77]: pd.Series([np.nan]).prod()
Out[77]: 1.0
In [78]: pd.Series([], dtype="float64").prod()
Out[78]: 1.0
累积方法如cumsum()和cumprod()默认情况下会忽略 NA 值，在结果中保留它们。这种行为可以通过skipna进行更改。
- 累积方法如
cumsum()和cumprod()默认情况下会忽略 NA 值，但在结果数组中保留它们。要覆盖此行为并包含 NA 值，请使用skipna=False。
In [79]: ser = pd.Series([1, np.nan, 3, np.nan])
In [80]: ser
Out[80]:
0 1.0
1 NaN
2 3.0
3 NaN
dtype: float64
In [81]: ser.cumsum()
Out[81]:
0 1.0
1 NaN
2 4.0
3 NaN
dtype: float64
In [82]: ser.cumsum(skipna=False)
Out[82]:
0 1.0
1 NaN
2 NaN
3 NaN
dtype: float64
删除缺失数据
dropna()删除带有缺失数据的行或列。
In [83]: df = pd.DataFrame([[np.nan, 1, 2], [1, 2, np.nan], [1, 2, 3]])
In [84]: df
Out[84]:
0 1 2
0 NaN 1 2.0
1 1.0 2 NaN
2 1.0 2 3.0
In [85]: df.dropna()
Out[85]:
0 1 2
2 1.0 2 3.0
In [86]: df.dropna(axis=1)
Out[86]:
1
0 1
1 2
2 2
In [87]: ser = pd.Series([1, pd.NA], dtype="int64[pyarrow]")
In [88]: ser.dropna()
Out[88]:
0 1
dtype: int64[pyarrow]
填充缺失数据
按值填充
fillna()用非 NA 数据替换 NA 值。
用标量值替换 NA 值
In [89]: data = {"np": [1.0, np.nan, np.nan, 2], "arrow": pd.array([1.0, pd.NA, pd.NA, 2], dtype="float64[pyarrow]")}
In [90]: df = pd.DataFrame(data)
In [91]: df
Out[91]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 NaN <NA>
2 NaN <NA>
3 2.0 2.0
In [92]: df.fillna(0)
Out[92]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 0.0 0.0
2 0.0 0.0
3 2.0 2.0
向前或向后填补间隙
In [93]: df.ffill()
Out[93]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 1.0 1.0
2 1.0 1.0
3 2.0 2.0
In [94]: df.bfill()
Out[94]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 2.0 2.0
2 2.0 2.0
3 2.0 2.0
限制填充的 NA 值数量
In [95]: df.ffill(limit=1)
Out[95]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 1.0 1.0
2 NaN <NA>
3 2.0 2.0
NA 值可以用原始对象和填充对象之间的索引和列对齐的Series或DataFrame中的相应值替换。
In [96]: dff = pd.DataFrame(np.arange(30, dtype=np.float64).reshape(10, 3), columns=list("ABC"))
In [97]: dff.iloc[3:5, 0] = np.nan
In [98]: dff.iloc[4:6, 1] = np.nan
In [99]: dff.iloc[5:8, 2] = np.nan
In [100]: dff
Out[100]:
A B C
0 0.0 1.0 2.0
1 3.0 4.0 5.0
2 6.0 7.0 8.0
3 NaN 10.0 11.0
4 NaN NaN 14.0
5 15.0 NaN NaN
6 18.0 19.0 NaN
7 21.0 22.0 NaN
8 24.0 25.0 26.0
9 27.0 28.0 29.0
In [101]: dff.fillna(dff.mean())
Out[101]:
A B C
0 0.00 1.0 2.000000
1 3.00 4.0 5.000000
2 6.00 7.0 8.000000
3 14.25 10.0 11.000000
4 14.25 14.5 14.000000
5 15.00 14.5 13.571429
6 18.00 19.0 13.571429
7 21.00 22.0 13.571429
8 24.00 25.0 26.000000
9 27.00 28.0 29.000000
注意
DataFrame.where()也可用于填充 NA 值。与上述结果相同。
In [102]: dff.where(pd.notna(dff), dff.mean(), axis="columns")
Out[102]:
A B C
0 0.00 1.0 2.000000
1 3.00 4.0 5.000000
2 6.00 7.0 8.000000
3 14.25 10.0 11.000000
4 14.25 14.5 14.000000
5 15.00 14.5 13.571429
6 18.00 19.0 13.571429
7 21.00 22.0 13.571429
8 24.00 25.0 26.000000
9 27.00 28.0 29.000000
``` ### 插值
`DataFrame.interpolate()`和`Series.interpolate()`使用各种插值方法填充 NA 值。
```py
In [103]: df = pd.DataFrame(
.....: {
.....: "A": [1, 2.1, np.nan, 4.7, 5.6, 6.8],
.....: "B": [0.25, np.nan, np.nan, 4, 12.2, 14.4],
.....: }
.....: )
.....:
In [104]: df
Out[104]:
A B
0 1.0 0.25
1 2.1 NaN
2 NaN NaN
3 4.7 4.00
4 5.6 12.20
5 6.8 14.40
In [105]: df.interpolate()
Out[105]:
A B
0 1.0 0.25
1 2.1 1.50
2 3.4 2.75
3 4.7 4.00
4 5.6 12.20
5 6.8 14.40
In [106]: idx = pd.date_range("2020-01-01", periods=10, freq="D")
In [107]: data = np.random.default_rng(2).integers(0, 10, 10).astype(np.float64)
In [108]: ts = pd.Series(data, index=idx)
In [109]: ts.iloc[[1, 2, 5, 6, 9]] = np.nan
In [110]: ts
Out[110]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 NaN
2020-01-03 NaN
2020-01-04 2.0
2020-01-05 4.0
2020-01-06 NaN
2020-01-07 NaN
2020-01-08 0.0
2020-01-09 3.0
2020-01-10 NaN
Freq: D, dtype: float64
In [111]: ts.plot()
Out[111]: <Axes: >
In [112]: ts.interpolate()
Out[112]:
2020-01-01 8.000000
2020-01-02 6.000000
2020-01-03 4.000000
2020-01-04 2.000000
2020-01-05 4.000000
2020-01-06 2.666667
2020-01-07 1.333333
2020-01-08 0.000000
2020-01-09 3.000000
2020-01-10 3.000000
Freq: D, dtype: float64
In [113]: ts.interpolate().plot()
Out[113]: <Axes: >
相对于DatetimeIndex中的Timestamp进行插值，可通过设置method="time"来实现。
In [114]: ts2 = ts.iloc[[0, 1, 3, 7, 9]]
In [115]: ts2
Out[115]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 NaN
2020-01-04 2.0
2020-01-08 0.0
2020-01-10 NaN
dtype: float64
In [116]: ts2.interpolate()
Out[116]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 5.0
2020-01-04 2.0
2020-01-08 0.0
2020-01-10 0.0
dtype: float64
In [117]: ts2.interpolate(method="time")
Out[117]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 6.0
2020-01-04 2.0
2020-01-08 0.0
2020-01-10 0.0
dtype: float64
对于浮点索引，请使用method='values'：
In [118]: idx = [0.0, 1.0, 10.0]
In [119]: ser = pd.Series([0.0, np.nan, 10.0], idx)
In [120]: ser
Out[120]:
0.0 0.0
1.0 NaN
10.0 10.0
dtype: float64
In [121]: ser.interpolate()
Out[121]:
0.0 0.0
1.0 5.0
10.0 10.0
dtype: float64
In [122]: ser.interpolate(method="values")
Out[122]:
0.0 0.0
1.0 1.0
10.0 10.0
dtype: float64
如果您安装了scipy，您可以将一个 1-d 插值例程的名称传递给method。如在 scipy 插值文档和参考指南中指定的。适当的插值方法将取决于数据类型。
提���
如果你处理的时间序列以递增速率增长，请使用method='barycentric'。
如果您有近似累积分布函数的值，请使用method='pchip'。
为了填补缺失值以实现平滑绘图的目的，请使用method='akima'。
In [123]: df = pd.DataFrame(
.....: {
.....: "A": [1, 2.1, np.nan, 4.7, 5.6, 6.8],
.....: "B": [0.25, np.nan, np.nan, 4, 12.2, 14.4],
.....: }
.....: )
.....:
In [124]: df
Out[124]:
A B
0 1.0 0.25
1 2.1 NaN
2 NaN NaN
3 4.7 4.00
4 5.6 12.20
5 6.8 14.40
In [125]: df.interpolate(method="barycentric")
Out[125]:
A B
0 1.00 0.250
1 2.10 -7.660
2 3.53 -4.515
3 4.70 4.000
4 5.60 12.200
5 6.80 14.400
In [126]: df.interpolate(method="pchip")
Out[126]:
A B
0 1.00000 0.250000
1 2.10000 0.672808
2 3.43454 1.928950
3 4.70000 4.000000
4 5.60000 12.200000
5 6.80000 14.400000
In [127]: df.interpolate(method="akima")
Out[127]:
A B
0 1.000000 0.250000
1 2.100000 -0.873316
2 3.406667 0.320034
3 4.700000 4.000000
4 5.600000 12.200000
5 6.800000 14.400000
当通过多项式或样条近似进行插值时，您还必须指定近似的次数或阶数：
In [128]: df.interpolate(method="spline", order=2)
Out[128]:
A B
0 1.000000 0.250000
1 2.100000 -0.428598
2 3.404545 1.206900
3 4.700000 4.000000
4 5.600000 12.200000
5 6.800000 14.400000
In [129]: df.interpolate(method="polynomial", order=2)
Out[129]:
A B
0 1.000000 0.250000
1 2.100000 -2.703846
2 3.451351 -1.453846
3 4.700000 4.000000
4 5.600000 12.200000
5 6.800000 14.400000
比较几种方法。
In [130]: np.random.seed(2)
In [131]: ser = pd.Series(np.arange(1, 10.1, 0.25) ** 2 + np.random.randn(37))
In [132]: missing = np.array([4, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 29])
In [133]: ser.iloc[missing] = np.nan
In [134]: methods = ["linear", "quadratic", "cubic"]
In [135]: df = pd.DataFrame({m: ser.interpolate(method=m) for m in methods})
In [136]: df.plot()
Out[136]: <Axes: >
通过Series.reindex()从扩展数据中插值新观测。
In [137]: ser = pd.Series(np.sort(np.random.uniform(size=100)))
# interpolate at new_index
In [138]: new_index = ser.index.union(pd.Index([49.25, 49.5, 49.75, 50.25, 50.5, 50.75]))
In [139]: interp_s = ser.reindex(new_index).interpolate(method="pchip")
In [140]: interp_s.loc[49:51]
Out[140]:
49.00 0.471410
49.25 0.476841
49.50 0.481780
49.75 0.485998
50.00 0.489266
50.25 0.491814
50.50 0.493995
50.75 0.495763
51.00 0.497074
dtype: float64
插值限制
interpolate() 接受一个 limit 关键字参数，以限制自上次有效观察以来填充的连续 NaN 值的数量
In [141]: ser = pd.Series([np.nan, np.nan, 5, np.nan, np.nan, np.nan, 13, np.nan, np.nan])
In [142]: ser
Out[142]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
In [143]: ser.interpolate()
Out[143]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 9.0
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
In [144]: ser.interpolate(limit=1)
Out[144]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 13.0
8 NaN
dtype: float64
默认情况下，NaN 值以 forward 方向填充。使用 limit_direction 参数以 backward 或从 both 方向填充。
In [145]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="backward")
Out[145]:
0 NaN
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
In [146]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="both")
Out[146]:
0 NaN
1 5.0
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 NaN
dtype: float64
In [147]: ser.interpolate(limit_direction="both")
Out[147]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 7.0
4 9.0
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
默认情况下，NaN 值会被填充，无论它们是否被现有有效值包围或在现有有效值之外。limit_area 参数限制填充到值的内部或外部。
# fill one consecutive inside value in both directions
In [148]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="inside", limit=1)
Out[148]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values backward
In [149]: ser.interpolate(limit_direction="backward", limit_area="outside")
Out[149]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values in both directions
In [150]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="outside")
Out[150]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
``` ### 替换值
`Series.replace()` 和 `DataFrame.replace()` 可以类似于 `Series.fillna()` 和 `DataFrame.fillna()` 用于替换或插入缺失值。
```py
In [151]: df = pd.DataFrame(np.eye(3))
In [152]: df
Out[152]:
0 1 2
0 1.0 0.0 0.0
1 0.0 1.0 0.0
2 0.0 0.0 1.0
In [153]: df_missing = df.replace(0, np.nan)
In [154]: df_missing
Out[154]:
0 1 2
0 1.0 NaN NaN
1 NaN 1.0 NaN
2 NaN NaN 1.0
In [155]: df_filled = df_missing.replace(np.nan, 2)
In [156]: df_filled
Out[156]:
0 1 2
0 1.0 2.0 2.0
1 2.0 1.0 2.0
2 2.0 2.0 1.0
通过传递列表可以替换多个值。
In [157]: df_filled.replace([1, 44], [2, 28])
Out[157]:
0 1 2
0 2.0 2.0 2.0
1 2.0 2.0 2.0
2 2.0 2.0 2.0
使用映射字典进行替换。
In [158]: df_filled.replace({1: 44, 2: 28})
Out[158]:
0 1 2
0 44.0 28.0 28.0
1 28.0 44.0 28.0
2 28.0 28.0 44.0
正则表达式替换
注意
使用以 r 字符为前缀的 Python 字符串，例如 r'hello world' 是“原始”字符串。它们在反斜杠方面具有不同的语义，与没有此前缀的字符串不同。原始字符串中的反斜杠将被解释为转义的反斜杠，例如，r'\' == '\\'。
用 NaN 替换‘.’
In [159]: d = {"a": list(range(4)), "b": list("ab.."), "c": ["a", "b", np.nan, "d"]}
In [160]: df = pd.DataFrame(d)
In [161]: df.replace(".", np.nan)
Out[161]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
用删除周围空格的正则表达式将‘.’ 替换为 NaN
In [162]: df.replace(r"\s*\.\s*", np.nan, regex=True)
Out[162]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
用正则表达式列表替换。
In [163]: df.replace([r"\.", r"(a)"], ["dot", r"\1stuff"], regex=True)
Out[163]:
a b c
0 0 astuff astuff
1 1 b b
2 2 dot NaN
3 3 dot d
用映射字典中的正则表达式替换。
In [164]: df.replace({"b": r"\s*\.\s*"}, {"b": np.nan}, regex=True)
Out[164]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
传递使用 regex 关键字的正则表达式嵌套字典。
In [165]: df.replace({"b": {"b": r""}}, regex=True)
Out[165]:
a b c
0 0 a a
1 1 b
2 2 . NaN
3 3 . d
In [166]: df.replace(regex={"b": {r"\s*\.\s*": np.nan}})
Out[166]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
In [167]: df.replace({"b": r"\s*(\.)\s*"}, {"b": r"\1ty"}, regex=True)
Out[167]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 .ty NaN
3 3 .ty d
传递一组正则表达式，将匹配项替换为标量。
In [168]: df.replace([r"\s*\.\s*", r"a|b"], "placeholder", regex=True)
Out[168]:
a b c
0 0 placeholder placeholder
1 1 placeholder placeholder
2 2 placeholder NaN
3 3 placeholder d
所有正则表达式示例也可以作为 to_replace 参数传递给 regex 参数。在这种情况下，必须通过名称显式传递 value 参数或 regex 必须是一个嵌套字典。
In [169]: df.replace(regex=[r"\s*\.\s*", r"a|b"], value="placeholder")
Out[169]:
a b c
0 0 placeholder placeholder
1 1 placeholder placeholder
2 2 placeholder NaN
3 3 placeholder d
注意
也可以传递由 re.compile 创建的正则表达式对象作为有效输入。### 按值填充
fillna() 用非 NA 数据替换 NA 值。
���标量值替换 NA 值
In [89]: data = {"np": [1.0, np.nan, np.nan, 2], "arrow": pd.array([1.0, pd.NA, pd.NA, 2], dtype="float64[pyarrow]")}
In [90]: df = pd.DataFrame(data)
In [91]: df
Out[91]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 NaN <NA>
2 NaN <NA>
3 2.0 2.0
In [92]: df.fillna(0)
Out[92]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 0.0 0.0
2 0.0 0.0
3 2.0 2.0
向前或向后填充间隙
In [93]: df.ffill()
Out[93]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 1.0 1.0
2 1.0 1.0
3 2.0 2.0
In [94]: df.bfill()
Out[94]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 2.0 2.0
2 2.0 2.0
3 2.0 2.0
限制填充的 NA 值数量
In [95]: df.ffill(limit=1)
Out[95]:
np arrow
0 1.0 1.0
1 1.0 1.0
2 NaN <NA>
3 2.0 2.0
可以用 Series 或 DataFrame 中对应值替换 NA 值，其中原始对象和填充对象之间的索引和列对齐。
In [96]: dff = pd.DataFrame(np.arange(30, dtype=np.float64).reshape(10, 3), columns=list("ABC"))
In [97]: dff.iloc[3:5, 0] = np.nan
In [98]: dff.iloc[4:6, 1] = np.nan
In [99]: dff.iloc[5:8, 2] = np.nan
In [100]: dff
Out[100]:
A B C
0 0.0 1.0 2.0
1 3.0 4.0 5.0
2 6.0 7.0 8.0
3 NaN 10.0 11.0
4 NaN NaN 14.0
5 15.0 NaN NaN
6 18.0 19.0 NaN
7 21.0 22.0 NaN
8 24.0 25.0 26.0
9 27.0 28.0 29.0
In [101]: dff.fillna(dff.mean())
Out[101]:
A B C
0 0.00 1.0 2.000000
1 3.00 4.0 5.000000
2 6.00 7.0 8.000000
3 14.25 10.0 11.000000
4 14.25 14.5 14.000000
5 15.00 14.5 13.571429
6 18.00 19.0 13.571429
7 21.00 22.0 13.571429
8 24.00 25.0 26.000000
9 27.00 28.0 29.000000
注意
DataFrame.where() 也可用于填充 NA 值。结果与上述相同。
In [102]: dff.where(pd.notna(dff), dff.mean(), axis="columns")
Out[102]:
A B C
0 0.00 1.0 2.000000
1 3.00 4.0 5.000000
2 6.00 7.0 8.000000
3 14.25 10.0 11.000000
4 14.25 14.5 14.000000
5 15.00 14.5 13.571429
6 18.00 19.0 13.571429
7 21.00 22.0 13.571429
8 24.00 25.0 26.000000
9 27.00 28.0 29.000000
插值
DataFrame.interpolate() 和 Series.interpolate() 使用各种插值方法填充 NA 值。
In [103]: df = pd.DataFrame(
.....: {
.....: "A": [1, 2.1, np.nan, 4.7, 5.6, 6.8],
.....: "B": [0.25, np.nan, np.nan, 4, 12.2, 14.4],
.....: }
.....: )
.....:
In [104]: df
Out[104]:
A B
0 1.0 0.25
1 2.1 NaN
2 NaN NaN
3 4.7 4.00
4 5.6 12.20
5 6.8 14.40
In [105]: df.interpolate()
Out[105]:
A B
0 1.0 0.25
1 2.1 1.50
2 3.4 2.75
3 4.7 4.00
4 5.6 12.20
5 6.8 14.40
In [106]: idx = pd.date_range("2020-01-01", periods=10, freq="D")
In [107]: data = np.random.default_rng(2).integers(0, 10, 10).astype(np.float64)
In [108]: ts = pd.Series(data, index=idx)
In [109]: ts.iloc[[1, 2, 5, 6, 9]] = np.nan
In [110]: ts
Out[110]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 NaN
2020-01-03 NaN
2020-01-04 2.0
2020-01-05 4.0
2020-01-06 NaN
2020-01-07 NaN
2020-01-08 0.0
2020-01-09 3.0
2020-01-10 NaN
Freq: D, dtype: float64
In [111]: ts.plot()
Out[111]: <Axes: >
In [112]: ts.interpolate()
Out[112]:
2020-01-01 8.000000
2020-01-02 6.000000
2020-01-03 4.000000
2020-01-04 2.000000
2020-01-05 4.000000
2020-01-06 2.666667
2020-01-07 1.333333
2020-01-08 0.000000
2020-01-09 3.000000
2020-01-10 3.000000
Freq: D, dtype: float64
In [113]: ts.interpolate().plot()
Out[113]: <Axes: >
相对于Timestamp在DatetimeIndex中的插值可通过设置 method="time" 实现。
In [114]: ts2 = ts.iloc[[0, 1, 3, 7, 9]]
In [115]: ts2
Out[115]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 NaN
2020-01-04 2.0
2020-01-08 0.0
2020-01-10 NaN
dtype: float64
In [116]: ts2.interpolate()
Out[116]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 5.0
2020-01-04 2.0
2020-01-08 0.0
2020-01-10 0.0
dtype: float64
In [117]: ts2.interpolate(method="time")
Out[117]:
2020-01-01 8.0
2020-01-02 6.0
2020-01-04 2.0
2020-01-08 0.0
2020-01-10 0.0
dtype: float64
对于浮点索引，请使用 method='values'：
In [118]: idx = [0.0, 1.0, 10.0]
In [119]: ser = pd.Series([0.0, np.nan, 10.0], idx)
In [120]: ser
Out[120]:
0.0 0.0
1.0 NaN
10.0 10.0
dtype: float64
In [121]: ser.interpolate()
Out[121]:
0.0 0.0
1.0 5.0
10.0 10.0
dtype: float64
In [122]: ser.interpolate(method="values")
Out[122]:
0.0 0.0
1.0 1.0
10.0 10.0
dtype: float64
如果您已安装了scipy，可以将一个一维插值例程的名称传递给 method。如在 scipy 插值 文档 和参考 指南 中指定的。适当的插值方法将取决于数据类型。
提示
如果您处理的时间序列呈增长趋势，请使用 method='barycentric'。
如果您拥有近似累积分布函数的值，请使用 method='pchip'。
若要使用 method='akima' 填充缺失值以获得平滑的绘图效果。
In [123]: df = pd.DataFrame(
.....: {
.....: "A": [1, 2.1, np.nan, 4.7, 5.6, 6.8],
.....: "B": [0.25, np.nan, np.nan, 4, 12.2, 14.4],
.....: }
.....: )
.....:
In [124]: df
Out[124]:
A B
0 1.0 0.25
1 2.1 NaN
2 NaN NaN
3 4.7 4.00
4 5.6 12.20
5 6.8 14.40
In [125]: df.interpolate(method="barycentric")
Out[125]:
A B
0 1.00 0.250
1 2.10 -7.660
2 3.53 -4.515
3 4.70 4.000
4 5.60 12.200
5 6.80 14.400
In [126]: df.interpolate(method="pchip")
Out[126]:
A B
0 1.00000 0.250000
1 2.10000 0.672808
2 3.43454 1.928950
3 4.70000 4.000000
4 5.60000 12.200000
5 6.80000 14.400000
In [127]: df.interpolate(method="akima")
Out[127]:
A B
0 1.000000 0.250000
1 2.100000 -0.873316
2 3.406667 0.320034
3 4.700000 4.000000
4 5.600000 12.200000
5 6.800000 14.400000
当通过多项式或样条逼近进行插值时，您还必须指定逼近的次数或阶数：
In [128]: df.interpolate(method="spline", order=2)
Out[128]:
A B
0 1.000000 0.250000
1 2.100000 -0.428598
2 3.404545 1.206900
3 4.700000 4.000000
4 5.600000 12.200000
5 6.800000 14.400000
In [129]: df.interpolate(method="polynomial", order=2)
Out[129]:
A B
0 1.000000 0.250000
1 2.100000 -2.703846
2 3.451351 -1.453846
3 4.700000 4.000000
4 5.600000 12.200000
5 6.800000 14.400000
比较几种方法。
In [130]: np.random.seed(2)
In [131]: ser = pd.Series(np.arange(1, 10.1, 0.25) ** 2 + np.random.randn(37))
In [132]: missing = np.array([4, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 29])
In [133]: ser.iloc[missing] = np.nan
In [134]: methods = ["linear", "quadratic", "cubic"]
In [135]: df = pd.DataFrame({m: ser.interpolate(method=m) for m in methods})
In [136]: df.plot()
Out[136]: <Axes: >
通过Series.reindex()从扩展数据中插值新观测值。
In [137]: ser = pd.Series(np.sort(np.random.uniform(size=100)))
# interpolate at new_index
In [138]: new_index = ser.index.union(pd.Index([49.25, 49.5, 49.75, 50.25, 50.5, 50.75]))
In [139]: interp_s = ser.reindex(new_index).interpolate(method="pchip")
In [140]: interp_s.loc[49:51]
Out[140]:
49.00 0.471410
49.25 0.476841
49.50 0.481780
49.75 0.485998
50.00 0.489266
50.25 0.491814
50.50 0.493995
50.75 0.495763
51.00 0.497074
dtype: float64
插值限制
interpolate() 接受 limit 关键字参数，以限制自上次有效观测以来填充的连续 NaN 值的数量。
In [141]: ser = pd.Series([np.nan, np.nan, 5, np.nan, np.nan, np.nan, 13, np.nan, np.nan])
In [142]: ser
Out[142]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
In [143]: ser.interpolate()
Out[143]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 9.0
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
In [144]: ser.interpolate(limit=1)
Out[144]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 13.0
8 NaN
dtype: float64
默认情况下，NaN 值以forward 方向填充。使用 limit_direction 参数填充backward 或从both 方向填充。
In [145]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="backward")
Out[145]:
0 NaN
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
In [146]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="both")
Out[146]:
0 NaN
1 5.0
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 NaN
dtype: float64
In [147]: ser.interpolate(limit_direction="both")
Out[147]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 7.0
4 9.0
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
默认情况下，无论 NaN 值是被现有有效值包围还是在现有有效值之外，都会被填充。limit_area 参数限制填充到内部或外部值。
# fill one consecutive inside value in both directions
In [148]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="inside", limit=1)
Out[148]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values backward
In [149]: ser.interpolate(limit_direction="backward", limit_area="outside")
Out[149]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values in both directions
In [150]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="outside")
Out[150]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
``` #### 插值限制
`interpolate()`接受一个`limit`关键字参数，以限制自上次有效观察以来填充的连续`NaN`值的数量。
```py
In [141]: ser = pd.Series([np.nan, np.nan, 5, np.nan, np.nan, np.nan, 13, np.nan, np.nan])
In [142]: ser
Out[142]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
In [143]: ser.interpolate()
Out[143]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 9.0
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
In [144]: ser.interpolate(limit=1)
Out[144]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 13.0
8 NaN
dtype: float64
默认情况下，NaN值向forward方向填充。使用limit_direction参数向backward或从both方向填充。
In [145]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="backward")
Out[145]:
0 NaN
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
In [146]: ser.interpolate(limit=1, limit_direction="both")
Out[146]:
0 NaN
1 5.0
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 NaN
dtype: float64
In [147]: ser.interpolate(limit_direction="both")
Out[147]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 7.0
4 9.0
5 11.0
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
默认情况下，NaN值会被填充，无论它们是否被现有有效值包围或在现有有效值之外。limit_area参数限制填充到内部或外部值。
# fill one consecutive inside value in both directions
In [148]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="inside", limit=1)
Out[148]:
0 NaN
1 NaN
2 5.0
3 7.0
4 NaN
5 11.0
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values backward
In [149]: ser.interpolate(limit_direction="backward", limit_area="outside")
Out[149]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 NaN
8 NaN
dtype: float64
# fill all consecutive outside values in both directions
In [150]: ser.interpolate(limit_direction="both", limit_area="outside")
Out[150]:
0 5.0
1 5.0
2 5.0
3 NaN
4 NaN
5 NaN
6 13.0
7 13.0
8 13.0
dtype: float64
替换值
Series.replace()和DataFrame.replace()可以类似于Series.fillna()和DataFrame.fillna()用于替换或插入缺失值。
In [151]: df = pd.DataFrame(np.eye(3))
In [152]: df
Out[152]:
0 1 2
0 1.0 0.0 0.0
1 0.0 1.0 0.0
2 0.0 0.0 1.0
In [153]: df_missing = df.replace(0, np.nan)
In [154]: df_missing
Out[154]:
0 1 2
0 1.0 NaN NaN
1 NaN 1.0 NaN
2 NaN NaN 1.0
In [155]: df_filled = df_missing.replace(np.nan, 2)
In [156]: df_filled
Out[156]:
0 1 2
0 1.0 2.0 2.0
1 2.0 1.0 2.0
2 2.0 2.0 1.0
通过传递一个列表可以实现替换多个值。
In [157]: df_filled.replace([1, 44], [2, 28])
Out[157]:
0 1 2
0 2.0 2.0 2.0
1 2.0 2.0 2.0
2 2.0 2.0 2.0
使用映射字典进行替换。
In [158]: df_filled.replace({1: 44, 2: 28})
Out[158]:
0 1 2
0 44.0 28.0 28.0
1 28.0 44.0 28.0
2 28.0 28.0 44.0
正则表达式替换
注意
Python 字符串前缀为r字符，例如r'hello world'是“原始”字符串。它们在反斜杠方面与没有此前缀的字符串有不同的语义。原始字符串中的反斜杠将被解释为转义的反斜杠，例如，r'\' == '\\'。
用正则表达式将‘.’替换为NaN。
In [159]: d = {"a": list(range(4)), "b": list("ab.."), "c": ["a", "b", np.nan, "d"]}
In [160]: df = pd.DataFrame(d)
In [161]: df.replace(".", np.nan)
Out[161]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
使用正则表达式将‘.’替换为NaN，并去除周围的空格。
In [162]: df.replace(r"\s*\.\s*", np.nan, regex=True)
Out[162]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
用正则表达式列表替换。
In [163]: df.replace([r"\.", r"(a)"], ["dot", r"\1stuff"], regex=True)
Out[163]:
a b c
0 0 astuff astuff
1 1 b b
2 2 dot NaN
3 3 dot d
用映射字典中的正则表达式替换。
In [164]: df.replace({"b": r"\s*\.\s*"}, {"b": np.nan}, regex=True)
Out[164]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
传递使用regex关键字的正则表达式的嵌套字典。
In [165]: df.replace({"b": {"b": r""}}, regex=True)
Out[165]:
a b c
0 0 a a
1 1 b
2 2 . NaN
3 3 . d
In [166]: df.replace(regex={"b": {r"\s*\.\s*": np.nan}})
Out[166]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
In [167]: df.replace({"b": r"\s*(\.)\s*"}, {"b": r"\1ty"}, regex=True)
Out[167]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 .ty NaN
3 3 .ty d
传递一个正则表达式列表，将匹配项替换为标量。
In [168]: df.replace([r"\s*\.\s*", r"a|b"], "placeholder", regex=True)
Out[168]:
a b c
0 0 placeholder placeholder
1 1 placeholder placeholder
2 2 placeholder NaN
3 3 placeholder d
所有的正则表达式示例也可以通过to_replace参数作为regex参数传递。在这种情况下，必须通过名称显式传递value参数或regex必须是一个嵌套字典。
In [169]: df.replace(regex=[r"\s*\.\s*", r"a|b"], value="placeholder")
Out[169]:
a b c
0 0 placeholder placeholder
1 1 placeholder placeholder
2 2 placeholder NaN
3 3 placeholder d
注意
来自re.compile的正则表达式对象也是有效的输入。#### 正则表达式替换
注意
Python 字符串前缀为r字符，例如r'hello world'是“原始”字符串。它们在反斜杠方面与没有此前缀的字符串有不同的语义。原始字符串中的反斜杠将被解释为转义的反斜杠，例如，r'\' == '\\'。
用正则表达式将‘.’替换为NaN。
In [159]: d = {"a": list(range(4)), "b": list("ab.."), "c": ["a", "b", np.nan, "d"]}
In [160]: df = pd.DataFrame(d)
In [161]: df.replace(".", np.nan)
Out[161]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
使用正则表达式将‘.’替换为NaN，并去除周围的空格。
In [162]: df.replace(r"\s*\.\s*", np.nan, regex=True)
Out[162]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
用正则表达式��表替换。
In [163]: df.replace([r"\.", r"(a)"], ["dot", r"\1stuff"], regex=True)
Out[163]:
a b c
0 0 astuff astuff
1 1 b b
2 2 dot NaN
3 3 dot d
用映射字典中的正则表达式替换。
In [164]: df.replace({"b": r"\s*\.\s*"}, {"b": np.nan}, regex=True)
Out[164]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
传递使用regex关键字的正则表达式的嵌套字典。
In [165]: df.replace({"b": {"b": r""}}, regex=True)
Out[165]:
a b c
0 0 a a
1 1 b
2 2 . NaN
3 3 . d
In [166]: df.replace(regex={"b": {r"\s*\.\s*": np.nan}})
Out[166]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 NaN NaN
3 3 NaN d
In [167]: df.replace({"b": r"\s*(\.)\s*"}, {"b": r"\1ty"}, regex=True)
Out[167]:
a b c
0 0 a a
1 1 b b
2 2 .ty NaN
3 3 .ty d
传递一个正则表达式列表，将匹配项替换为一个标量。
In [168]: df.replace([r"\s*\.\s*", r"a|b"], "placeholder", regex=True)
Out[168]:
a b c
0 0 placeholder placeholder
1 1 placeholder placeholder
2 2 placeholder NaN
3 3 placeholder d
所有的正则表达式示例也可以作为to_replace参数传递给regex参数。在这种情况下，value参数必须通过名称显式传递，或者regex必须是一个嵌套字典。
In [169]: df.replace(regex=[r"\s*\.\s*", r"a|b"], value="placeholder")
Out[169]:
a b c
0 0 placeholder placeholder
1 1 placeholder placeholder
2 2 placeholder NaN
3 3 placeholder d
注意
从re.compile创建的正则表达式对象也是有效的输入。