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pandas之query方法和sample随机抽样操作

query方法

在 pandas 中，支持把字符串形式的查询表达式传入 query 方法来查询数据，其表达式的执行结果必须返回布尔列表。在进行复杂索引时，由于这种检索方式无需像普通方法一样重复使用 DataFrame 的名字来引用列名，一般而言会使代码长度在不降低可读性的前提下有所减少。

例如

In [61]: df.query('((School == "Fudan University")'
  ....:     ' (Grade == "Senior")'
  ....:     ' (Weight > 70))|'
  ....:     '((School == "Peking University")'
  ....:     ' (Grade != "Senior")'
  ....:     ' (Weight > 80))')
  ....: 
Out[61]: 
        School   Grade      Name Gender Weight Transfer
38  Peking University Freshman    Qiang Han  Male  87.0    N
66  Fudan University  Senior Chengpeng Zhou  Male  81.0    N
99  Peking University Freshman Changpeng Zhao  Male  83.0    N
131  Fudan University  Senior Chengpeng Qian  Male  73.0    Y

在 query 表达式中，帮用户注册了所有来自 DataFrame 的列名，所有属于该 Series 的方法都可以被调用，和正常的函数调用并没有区别，例如查询体重超过均值的学生：

In [62]: df.query('Weight > Weight.mean()').head()
Out[62]: 
              School   Grade      Name Gender Weight Transfer
1        Peking University  Freshman Changqiang You  Male  70.0    N
2  Shanghai Jiao Tong University   Senior     Mei Sun  Male  89.0    N
4        Fudan University Sophomore   Gaojuan You  Male  74.0    N
10 Shanghai Jiao Tong University  Freshman  Xiaopeng Zhou  Male  74.0    N
14      Tsinghua University   Senior  Xiaomei Zhou Female  57.0    N

同时，在 query 中还注册了若干英语的字面用法，帮助提高可读性，例如： or, and, or, is in, not in 。

例如，筛选出男生中不是大一大二的学生：

In [63]: df.query('(Grade not in ["Freshman", "Sophomore"]) and'
  ....:     '(Gender == "Male")').head()
  ....: 
Out[63]: 
              School  Grade      Name Gender Weight Transfer
2  Shanghai Jiao Tong University Senior    Mei Sun  Male  89.0    N
16      Tsinghua University Junior Xiaoqiang Qin  Male  68.0    N
17      Tsinghua University Junior   Peng Wang  Male  65.0    N
18      Tsinghua University Senior  Xiaofeng Sun  Male  71.0    N
21 Shanghai Jiao Tong University Senior Xiaopeng Shen  Male  62.0   NaN

此外，在字符串中出现与列表的比较时， ==和!= 分别表示元素出现在列表和没有出现在列表，等价于 is in 和 not in，例如查询所有大三和大四的学生：

In [64]: df.query('Grade == ["Junior", "Senior"]').head()
Out[64]: 
              School  Grade      Name Gender Weight Transfer
2  Shanghai Jiao Tong University Senior    Mei Sun  Male  89.0    N
7       Tsinghua University Junior Gaoqiang Qian Female  50.0    N
9        Peking University Junior    Juan Xu Female   NaN    N
11      Tsinghua University Junior  Xiaoquan Lv Female  43.0    N
12 Shanghai Jiao Tong University Senior    Peng You Female  48.0   NaN

对于 query 中的字符串，如果要引用外部变量，只需在变量名前加 @ 符号。例如，取出体重位于70kg到80kg之间的学生：

In [65]: low, high =70, 80

In [66]: df.query('Weight.between(@low, @high)').head()
Out[66]: 
              School   Grade      Name Gender Weight Transfer
1        Peking University  Freshman Changqiang You  Male  70.0    N
4        Fudan University Sophomore   Gaojuan You  Male  74.0    N
10 Shanghai Jiao Tong University  Freshman  Xiaopeng Zhou  Male  74.0    N
18      Tsinghua University   Senior  Xiaofeng Sun  Male  71.0    N
35       Peking University  Freshman   Gaoli Zhao  Male  78.0    N

随机抽样

如果把 DataFrame 的每一行看作一个样本，或把每一列看作一个特征，再把整个 DataFrame 看作总体，想要对样本或特征进行随机抽样就可以用 sample 函数。有时在拿到大型数据集后，想要对统计特征进行计算来了解数据的大致分布，但是这很费时间。

同时，由于许多统计特征在等概率不放回的简单随机抽样条件下，是总体统计特征的无偏估计，比如样本均值和总体均值，那么就可以先从整张表中抽出一部分来做近似估计。

sample 函数中的主要参数为 n, axis, frac, replace, weights ，前三个分别是指抽样数量、抽样的方向（0为行、1为列）和抽样比例（0.3则为从总体中抽出30%的样本）。

replace 和 weights 分别是指是否放回和每个样本的抽样相对概率，当 replace = True 则表示有放回抽样。例如，对下面构造的 df_sample 以 value 值的相对大小为抽样概率进行有放回抽样，抽样数量为3。

In [67]: df_sample = pd.DataFrame({'id': list('abcde'),
  ....:              'value': [1, 2, 3, 4, 90]})
  ....:

In [68]: df_sample
Out[68]: 
 id value
0 a   1
1 b   2
2 c   3
3 d   4
4 e   90

In [69]: df_sample.sample(3, replace = True, weights = df_sample.value)
Out[69]: 
 id value
4 e   90
4 e   90
4 e   90

补充：pandas.DataFrame.sample 随机选取若干行

1、数据切片选取

1.1 pandas.DataFrame.sample 随机选取若干行

1.1.1 功能说明

有时候我们只需要数据集中的一部分，并不需要全部的数据。这个时候我们就要对数据集进行随机的抽样。pandas中自带有抽样的方法。

功能相似：numpy.random.choice

Generates a random sample from a given 1-D numpy array.

1.1.2 使用说明

1.函数名及功能

DataFrame.sample(n=None, frac=None, replace=False, weights=None, random_state=None, axis=None)[source]

2.输入参数说明

参数名称	参数说明	举例说明
n	要抽取的行数	df.sample(n=3,random_state=1) 提取3行数据列表注意，使用random_state，以确保可重复性的例子。
frac	抽取行的比例例如frac=0.8，就是抽取其中80%。	df.sample(frac=0.8, replace=True, random_state=1)
replace	是否为有放回抽样， True:有放回抽样 False:未放回抽样	True:取行数据后，可以重复放回后再取 False:取行数据后不放回，下次取其它行数据注意：当N>总数据容量，replace设置为值时有效
weights	字符索引或概率数组 axis=0:为行字符索引或概率数组 axis=1:为列字符索引或概率数组
random_state	int: 随机数发生器种子或numpy.random.RandomState	random_state=None,取得数据不重复 random_state=1,可以取得重复数据
axis	选择抽取数据的行还是列 axis=0:抽取行 axis=1:抽取列	也就是说axis=1时，在列中随机抽取n列，在axis=0时，在行中随机抽取n行。