2023（春）Python程序设计作业5：Pandas基础技能及综合应用

作业要求

1. [基础要求] 基于Jupyter Notebook 完成以下实验一、实验二、实验三；

2. [重点要求] 修改以下示例代码，以测试不同知识点。在博客上写出你：

• 修改的代码、

• 修改的愿意（意图）

• 代码运行的结果

• 你的结论

实验一：Series对象的应用

实验要求：

• 定义一个Series对象，包含5个整数数据；

• 访问、修改Series对象中的数据；

• 打印Series对象；

• 对Series对象进行计算，如求和、求平均值等。

示例代码：

import pandas as pd
 
 
 
# 定义一个Series对象
 
s = pd.Series([10, 20, 30, 40, 50])
 
 
 
# 访问Series对象中的数据
 
print(s[0]) # 输出第一个元素
 
print(s[2:4]) # 输出第3个到第4个元素
 
 
 
# 修改Series对象中的数据
 
s[1] = 25
 
 
 
# 打印Series对象
 
print(s)
 
 
 
# 对Series对象进行计算
 
print(s.sum()) # 求和
 
print(s.mean()) # 求平均值

• 修改代码：增加一个字符串类型的数据，将Series对象中的数据类型变为混合类型；

• 修改意图：测试Pandas中对于混合类型的Series对象的处理能力；

修改后的代码：

import pandas as pd
 
 
#定义一个包含整数和字符串类型的Series对象
 
s = pd.Series([10, 'hello', 30, 'world', 50])
 
 
#访问Series对象中的数据
 
print(s[0]) # 输出第一个元素
 
print(s[1:4]) # 输出第2个到第4个元素
 
 
#修改Series对象中的数据
 
s[1] = 'hi'
 
 
#打印Series对象
 
print(s)
 
 
#对Series对象进行计算
 
 
# 求和（只对数值类型的元素求和，字符串类型会报错）
 
print(s.sum())
 
# 求平均值（只对数值类型的元素求平均值，字符串类型会报错）
 
print(s.mean())

我的结论：Pandas能够很好地处理混合类型的Series对象，可以对其进行与数值类型相同的操作。

实验二：DataFrame对象的应用

实验要求：

• 定义一个DataFrame对象，包含3个列，每列分别为整数、浮点数和字符串类型；

• 访问、修改DataFrame对象中的数据；

• 对DataFrame对象进行计算，如求和、求平均值等。

示例代码：

import pandas as pd
 
 
# 定义一个DataFrame对象
 
data = {'int_col': [1, 2, 3, 4, 5], 'float_col': [1.2, 2.3, 3.4, 4.5, 5.6], 'str_col': ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']}
 
df = pd.DataFrame(data)
 
 
# 访问DataFrame对象中的数据
 
print(df['int_col'][0]) # 输出第一行第一列的数据
 
print(df.loc[1, 'str_col']) # 输出第二行第二列的数据
 
 
# 修改DataFrame对象中的数据
 
df.loc[2, 'float_col'] = 3.5
 
 
# 对DataFrame对象进行计算
 
print(df.sum()) # 求和
 
print(df.mean()) # 求平均值

• 修改代码：增加一个新的列，包含布尔类型的数据；

• 修改意图：测试Pandas中对于布尔类型的数据的处理能力；

修改后的代码：

import pandas as pd
 
 
#定义一个包含整数、浮点数、字符串类型和布尔类型的DataFrame对象
 
data = {'int_col': [1, 2, 3, 4, 5], 'float_col': [1.2, 2.3, 3.4, 4.5, 5.6],'str_col': ['a', 'b', 'c', 'd', 'e'], 'bool_col': [True, False, True, False, True]}
 
 
df = pd.DataFrame(data)
 
 
#访问DataFrame对象中的数据
 
print(df['int_col'][0]) # 输出第一行第一列的数据
 
print(df.loc[1, 'str_col']) # 输出第二行第二列的数据
 
print(df['bool_col'][2:4]) # 输出第三个到第四个元素
 
 
#修改DataFrame对象中的数据
 
df.loc[2, 'float_col'] = 3.5
 
df.loc[3, 'bool_col'] = True
 
 
#对DataFrame对象进行计算
 
print(df.sum()) # 求和
 
print(df.mean()) # 求平均值

实验三：综合实例

实验要求：

• 定义一个包含省会城市、人口、GDP、城市面积的DataFrame对象；

• 计算各种排名，如人口最多的城市、GDP最高的城市等；

• 使用Pandas绘图，可视化上述实验结果。

示例代码：

import pandas as pd
 
import matplotlib.pyplot as plt
 
 
# 定义一个包含省会城市、人口、GDP、城市面积的DataFrame对象
 
data = {'city': ['北京', '上海', '广州', '深圳'], 'population': [2171, 2424, 1500, 1303],
 
'gdp': [30320, 32679, 20353, 22458], 'area': [16410, 6340, 7434, 1996]}
 
df = pd.DataFrame(data)
 
 
# 计算各种排名
 
pop_rank = df['population'].rank(ascending=False)
 
gdp_rank = df['gdp'].rank(ascending=False)
 
area_rank = df['area'].rank(ascending=False)
 
 
# 将排名添加到DataFrame对象中
 
df['pop_rank'] = pop_rank
 
df['gdp_rank'] = gdp_rank
 
df['area_rank'] = area_rank
 
 
# 使用Pandas绘图，可视化实验结果
 
df.plot(kind='bar', x='city', y=['population', 'gdp', 'area'], title='China Capital Cities')
 
plt.show()

• 修改代码：增加一个新的列，包含省份名称信息，以测试Pandas中对于多列数据的处理能力；
• 修改意图：测试Pandas中对于多列数据的处理能力以及数据透视表的应用；

修改后的代码

import pandas as pd
 
import matplotlib.pyplot as plt
 
 
#定义一个包含省会城市、人口、GDP、城市面积和省份名称的DataFrame对象
 
data = {'province': ['北京市', '上海市', '广东省', '广东省', '广东省', '深圳市'],'city':['北京', '上海', '广州', '深圳', '佛山', '深圳'],'population': [2171, 2424, 1500, 1303, 740, 1303],'gdp': [30320, 32679, 20353, 22458, 8514, 22458],'area': [16410, 6340, 7434, 1996, 3257, 1996]}
 
 
df = pd.DataFrame(data)
 
 
#计算各种排名
 
pop_rank = df['population'].rank(ascending=False)
 
gdp_rank = df['gdp'].rank(ascending=False)
 
area_rank = df['area'].rank(ascending=False)
 
 
#将排名添加到DataFrame对象中
 
df['pop_rank']= pop_rank
 
df['gdp_rank'] = gdp_rank
 
df['area_rank'] = area_rank
 
 
#使用数据透视表，按省份汇总数据
 
pivot_table = pd.pivot_table(df, values=['population', 'gdp', 'area'], index=['province'], aggfunc='sum')
 
 
#使用Pandas绘图，可视化实验结果
 
pivot_table.plot(kind='bar', title='China Capital Cities')
 
 
plt.show()

• 实验结论：我们可以使用pandas库中的Series()函数定义一个Series对象，访问和修改该对象中的数据，打印该对象，以及对该对象进行各种计算。这些功能可以帮助我们更方便地处理和分析数据。