10 minutes to pandas#

This is a short introduction to pandas, geared mainly for new users. You can see more complex recipes in the Cookbook.

Customarily, we import as follows:

In [1]: importnumpyasnp
In [2]: importpandasaspd

Basic data structures in pandas#

Pandas provides two types of classes for handling data:

  1. Series: a one-dimensional labeled array holding data of any type

    such as integers, strings, Python objects etc.

  2. DataFrame: a two-dimensional data structure that holds data like a two-dimension array or a table with rows and columns.

Object creation#

See the Intro to data structures section.

Creating a Series by passing a list of values, letting pandas create a default RangeIndex.

In [3]: s = pd.Series([1, 3, 5, np.nan, 6, 8])
In [4]: s
Out[4]: 
0 1.0
1 3.0
2 5.0
3 NaN
4 6.0
5 8.0
dtype: float64

Creating a DataFrame by passing a NumPy array with a datetime index using date_range() and labeled columns:

In [5]: dates = pd.date_range("20130101", periods=6)
In [6]: dates
Out[6]: 
DatetimeIndex(['2013年01月01日', '2013年01月02日', '2013年01月03日', '2013年01月04日',
 '2013年01月05日', '2013年01月06日'],
 dtype='datetime64[ns]', freq='D')
In [7]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(6, 4), index=dates, columns=list("ABCD"))
In [8]: df
Out[8]: 
 A B C D
2013年01月01日 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860
2013年01月05日 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
2013年01月06日 -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988

Creating a DataFrame by passing a dictionary of objects where the keys are the column labels and the values are the column values.

In [9]: df2 = pd.DataFrame(
 ...:  {
 ...:  "A": 1.0,
 ...:  "B": pd.Timestamp("20130102"),
 ...:  "C": pd.Series(1, index=list(range(4)), dtype="float32"),
 ...:  "D": np.array([3] * 4, dtype="int32"),
 ...:  "E": pd.Categorical(["test", "train", "test", "train"]),
 ...:  "F": "foo",
 ...:  }
 ...: )
 ...: 
In [10]: df2
Out[10]: 
 A B C D E F
0 1.0 2013年01月02日 1.0 3 test foo
1 1.0 2013年01月02日 1.0 3 train foo
2 1.0 2013年01月02日 1.0 3 test foo
3 1.0 2013年01月02日 1.0 3 train foo

The columns of the resulting DataFrame have different dtypes:

In [11]: df2.dtypes
Out[11]: 
A float64
B datetime64[s]
C float32
D int32
E category
F object
dtype: object

If you’re using IPython, tab completion for column names (as well as public attributes) is automatically enabled. Here’s a subset of the attributes that will be completed:

In [12]: df2.<TAB> # noqa: E225, E999
df2.A df2.bool
df2.abs df2.boxplot
df2.add df2.C
df2.add_prefix df2.clip
df2.add_suffix df2.columns
df2.align df2.copy
df2.all df2.count
df2.any df2.combine
df2.append df2.D
df2.apply df2.describe
df2.applymap df2.diff
df2.B df2.duplicated

As you can see, the columns A, B, C, and D are automatically tab completed. E and F are there as well; the rest of the attributes have been truncated for brevity.

Viewing data#

See the Essentially basics functionality section.

Use DataFrame.head() and DataFrame.tail() to view the top and bottom rows of the frame respectively:

In [13]: df.head()
Out[13]: 
 A B C D
2013年01月01日 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860
2013年01月05日 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
In [14]: df.tail(3)
Out[14]: 
 A B C D
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860
2013年01月05日 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
2013年01月06日 -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988

Display the DataFrame.index or DataFrame.columns:

In [15]: df.index
Out[15]: 
DatetimeIndex(['2013年01月01日', '2013年01月02日', '2013年01月03日', '2013年01月04日',
 '2013年01月05日', '2013年01月06日'],
 dtype='datetime64[ns]', freq='D')
In [16]: df.columns
Out[16]: Index(['A', 'B', 'C', 'D'], dtype='object')

Return a NumPy representation of the underlying data with DataFrame.to_numpy() without the index or column labels:

In [17]: df.to_numpy()
Out[17]: 
array([[ 0.4691, -0.2829, -1.5091, -1.1356],
 [ 1.2121, -0.1732, 0.1192, -1.0442],
 [-0.8618, -2.1046, -0.4949, 1.0718],
 [ 0.7216, -0.7068, -1.0396, 0.2719],
 [-0.425 , 0.567 , 0.2762, -1.0874],
 [-0.6737, 0.1136, -1.4784, 0.525 ]])

Note

NumPy arrays have one dtype for the entire array while pandas DataFrames have one dtype per column. When you call DataFrame.to_numpy(), pandas will find the NumPy dtype that can hold all of the dtypes in the DataFrame. If the common data type is object, DataFrame.to_numpy() will require copying data.

In [18]: df2.dtypes
Out[18]: 
A float64
B datetime64[s]
C float32
D int32
E category
F object
dtype: object
In [19]: df2.to_numpy()
Out[19]: 
array([[1.0, Timestamp('2013年01月02日 00:00:00'), 1.0, 3, 'test', 'foo'],
 [1.0, Timestamp('2013年01月02日 00:00:00'), 1.0, 3, 'train', 'foo'],
 [1.0, Timestamp('2013年01月02日 00:00:00'), 1.0, 3, 'test', 'foo'],
 [1.0, Timestamp('2013年01月02日 00:00:00'), 1.0, 3, 'train', 'foo']],
 dtype=object)

describe() shows a quick statistic summary of your data:

In [20]: df.describe()
Out[20]: 
 A B C D
count 6.000000 6.000000 6.000000 6.000000
mean 0.073711 -0.431125 -0.687758 -0.233103
std 0.843157 0.922818 0.779887 0.973118
min -0.861849 -2.104569 -1.509059 -1.135632
25% -0.611510 -0.600794 -1.368714 -1.076610
50% 0.022070 -0.228039 -0.767252 -0.386188
75% 0.658444 0.041933 -0.034326 0.461706
max 1.212112 0.567020 0.276232 1.071804

Transposing your data:

In [21]: df.T
Out[21]: 
 2013年01月01日 2013年01月02日 2013年01月03日 2013年01月04日 2013年01月05日 2013年01月06日
A 0.469112 1.212112 -0.861849 0.721555 -0.424972 -0.673690
B -0.282863 -0.173215 -2.104569 -0.706771 0.567020 0.113648
C -1.509059 0.119209 -0.494929 -1.039575 0.276232 -1.478427
D -1.135632 -1.044236 1.071804 0.271860 -1.087401 0.524988

DataFrame.sort_index() sorts by an axis:

In [22]: df.sort_index(axis=1, ascending=False)
Out[22]: 
 D C B A
2013年01月01日 -1.135632 -1.509059 -0.282863 0.469112
2013年01月02日 -1.044236 0.119209 -0.173215 1.212112
2013年01月03日 1.071804 -0.494929 -2.104569 -0.861849
2013年01月04日 0.271860 -1.039575 -0.706771 0.721555
2013年01月05日 -1.087401 0.276232 0.567020 -0.424972
2013年01月06日 0.524988 -1.478427 0.113648 -0.673690

DataFrame.sort_values() sorts by values:

In [23]: df.sort_values(by="B")
Out[23]: 
 A B C D
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860
2013年01月01日 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013年01月06日 -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988
2013年01月05日 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401

Selection#

Note

While standard Python / NumPy expressions for selecting and setting are intuitive and come in handy for interactive work, for production code, we recommend the optimized pandas data access methods, DataFrame.at(), DataFrame.iat(), DataFrame.loc() and DataFrame.iloc().

See the indexing documentation Indexing and Selecting Data and MultiIndex / Advanced Indexing.

Getitem ([])#

For a DataFrame, passing a single label selects a columns and yields a Series equivalent to df.A:

In [24]: df["A"]
Out[24]: 
2013年01月01日 0.469112
2013年01月02日 1.212112
2013年01月03日 -0.861849
2013年01月04日 0.721555
2013年01月05日 -0.424972
2013年01月06日 -0.673690
Freq: D, Name: A, dtype: float64

For a DataFrame, passing a slice : selects matching rows:

In [25]: df[0:3]
Out[25]: 
 A B C D
2013年01月01日 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
In [26]: df["20130102":"20130104"]
Out[26]: 
 A B C D
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860

Selection by label#

See more in Selection by Label using DataFrame.loc() or DataFrame.at().

Selecting a row matching a label:

In [27]: df.loc[dates[0]]
Out[27]: 
A 0.469112
B -0.282863
C -1.509059
D -1.135632
Name: 2013年01月01日 00:00:00, dtype: float64

Selecting all rows (:) with a select column labels:

In [28]: df.loc[:, ["A", "B"]]
Out[28]: 
 A B
2013年01月01日 0.469112 -0.282863
2013年01月02日 1.212112 -0.173215
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569
2013年01月04日 0.721555 -0.706771
2013年01月05日 -0.424972 0.567020
2013年01月06日 -0.673690 0.113648

For label slicing, both endpoints are included:

In [29]: df.loc["20130102":"20130104", ["A", "B"]]
Out[29]: 
 A B
2013年01月02日 1.212112 -0.173215
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569
2013年01月04日 0.721555 -0.706771

Selecting a single row and column label returns a scalar:

In [30]: df.loc[dates[0], "A"]
Out[30]: 0.4691122999071863

For getting fast access to a scalar (equivalent to the prior method):

In [31]: df.at[dates[0], "A"]
Out[31]: 0.4691122999071863

Selection by position#

See more in Selection by Position using DataFrame.iloc() or DataFrame.iat().

Select via the position of the passed integers:

In [32]: df.iloc[3]
Out[32]: 
A 0.721555
B -0.706771
C -1.039575
D 0.271860
Name: 2013年01月04日 00:00:00, dtype: float64

Integer slices acts similar to NumPy/Python:

In [33]: df.iloc[3:5, 0:2]
Out[33]: 
 A B
2013年01月04日 0.721555 -0.706771
2013年01月05日 -0.424972 0.567020

Lists of integer position locations:

In [34]: df.iloc[[1, 2, 4], [0, 2]]
Out[34]: 
 A C
2013年01月02日 1.212112 0.119209
2013年01月03日 -0.861849 -0.494929
2013年01月05日 -0.424972 0.276232

For slicing rows explicitly:

In [35]: df.iloc[1:3, :]
Out[35]: 
 A B C D
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804

For slicing columns explicitly:

In [36]: df.iloc[:, 1:3]
Out[36]: 
 B C
2013年01月01日 -0.282863 -1.509059
2013年01月02日 -0.173215 0.119209
2013年01月03日 -2.104569 -0.494929
2013年01月04日 -0.706771 -1.039575
2013年01月05日 0.567020 0.276232
2013年01月06日 0.113648 -1.478427

For getting a value explicitly:

In [37]: df.iloc[1, 1]
Out[37]: -0.17321464905330858

For getting fast access to a scalar (equivalent to the prior method):

In [38]: df.iat[1, 1]
Out[38]: -0.17321464905330858

Boolean indexing#

Select rows where df.A is greater than 0.

In [39]: df[df["A"] > 0]
Out[39]: 
 A B C D
2013年01月01日 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860

Selecting values from a DataFrame where a boolean condition is met:

In [40]: df[df > 0]
Out[40]: 
 A B C D
2013年01月01日 0.469112 NaN NaN NaN
2013年01月02日 1.212112 NaN 0.119209 NaN
2013年01月03日 NaN NaN NaN 1.071804
2013年01月04日 0.721555 NaN NaN 0.271860
2013年01月05日 NaN 0.567020 0.276232 NaN
2013年01月06日 NaN 0.113648 NaN 0.524988

Using isin() method for filtering:

In [41]: df2 = df.copy()
In [42]: df2["E"] = ["one", "one", "two", "three", "four", "three"]
In [43]: df2
Out[43]: 
 A B C D E
2013年01月01日 0.469112 -0.282863 -1.509059 -1.135632 one
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 -1.044236 one
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804 two
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 0.271860 three
2013年01月05日 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401 four
2013年01月06日 -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988 three
In [44]: df2[df2["E"].isin(["two", "four"])]
Out[44]: 
 A B C D E
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 1.071804 two
2013年01月05日 -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401 four

Setting#

Setting a new column automatically aligns the data by the indexes:

In [45]: s1 = pd.Series([1, 2, 3, 4, 5, 6], index=pd.date_range("20130102", periods=6))
In [46]: s1
Out[46]: 
2013年01月02日 1
2013年01月03日 2
2013年01月04日 3
2013年01月05日 4
2013年01月06日 5
2013年01月07日 6
Freq: D, dtype: int64
In [47]: df["F"] = s1

Setting values by label:

In [48]: df.at[dates[0], "A"] = 0

Setting values by position:

In [49]: df.iat[0, 1] = 0

Setting by assigning with a NumPy array:

In [50]: df.loc[:, "D"] = np.array([5] * len(df))

The result of the prior setting operations:

In [51]: df
Out[51]: 
 A B C D F
2013年01月01日 0.000000 0.000000 -1.509059 5.0 NaN
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 5.0 1.0
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 5.0 2.0
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 5.0 3.0
2013年01月05日 -0.424972 0.567020 0.276232 5.0 4.0
2013年01月06日 -0.673690 0.113648 -1.478427 5.0 5.0

A where operation with setting:

In [52]: df2 = df.copy()
In [53]: df2[df2 > 0] = -df2
In [54]: df2
Out[54]: 
 A B C D F
2013年01月01日 0.000000 0.000000 -1.509059 -5.0 NaN
2013年01月02日 -1.212112 -0.173215 -0.119209 -5.0 -1.0
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 -5.0 -2.0
2013年01月04日 -0.721555 -0.706771 -1.039575 -5.0 -3.0
2013年01月05日 -0.424972 -0.567020 -0.276232 -5.0 -4.0
2013年01月06日 -0.673690 -0.113648 -1.478427 -5.0 -5.0

Missing data#

For NumPy data types, np.nan represents missing data. It is by default not included in computations. See the Missing Data section.

Reindexing allows you to change/add/delete the index on a specified axis. This returns a copy of the data:

In [55]: df1 = df.reindex(index=dates[0:4], columns=list(df.columns) + ["E"])
In [56]: df1.loc[dates[0] : dates[1], "E"] = 1
In [57]: df1
Out[57]: 
 A B C D F E
2013年01月01日 0.000000 0.000000 -1.509059 5.0 NaN 1.0
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 5.0 1.0 1.0
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 5.0 2.0 NaN
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 5.0 3.0 NaN

DataFrame.dropna() drops any rows that have missing data:

In [58]: df1.dropna(how="any")
Out[58]: 
 A B C D F E
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 5.0 1.0 1.0

DataFrame.fillna() fills missing data:

In [59]: df1.fillna(value=5)
Out[59]: 
 A B C D F E
2013年01月01日 0.000000 0.000000 -1.509059 5.0 5.0 1.0
2013年01月02日 1.212112 -0.173215 0.119209 5.0 1.0 1.0
2013年01月03日 -0.861849 -2.104569 -0.494929 5.0 2.0 5.0
2013年01月04日 0.721555 -0.706771 -1.039575 5.0 3.0 5.0

isna() gets the boolean mask where values are nan:

In [60]: pd.isna(df1)
Out[60]: 
 A B C D F E
2013年01月01日 False False False False True False
2013年01月02日 False False False False False False
2013年01月03日 False False False False False True
2013年01月04日 False False False False False True

Operations#

See the Basic section on Binary Ops.

Stats#

Operations in general exclude missing data.

Calculate the mean value for each column:

In [61]: df.mean()
Out[61]: 
A -0.004474
B -0.383981
C -0.687758
D 5.000000
F 3.000000
dtype: float64

Calculate the mean value for each row:

In [62]: df.mean(axis=1)
Out[62]: 
2013年01月01日 0.872735
2013年01月02日 1.431621
2013年01月03日 0.707731
2013年01月04日 1.395042
2013年01月05日 1.883656
2013年01月06日 1.592306
Freq: D, dtype: float64

Operating with another Series or DataFrame with a different index or column will align the result with the union of the index or column labels. In addition, pandas automatically broadcasts along the specified dimension and will fill unaligned labels with np.nan.

In [63]: s = pd.Series([1, 3, 5, np.nan, 6, 8], index=dates).shift(2)
In [64]: s
Out[64]: 
2013年01月01日 NaN
2013年01月02日 NaN
2013年01月03日 1.0
2013年01月04日 3.0
2013年01月05日 5.0
2013年01月06日 NaN
Freq: D, dtype: float64
In [65]: df.sub(s, axis="index")
Out[65]: 
 A B C D F
2013年01月01日 NaN NaN NaN NaN NaN
2013年01月02日 NaN NaN NaN NaN NaN
2013年01月03日 -1.861849 -3.104569 -1.494929 4.0 1.0
2013年01月04日 -2.278445 -3.706771 -4.039575 2.0 0.0
2013年01月05日 -5.424972 -4.432980 -4.723768 0.0 -1.0
2013年01月06日 NaN NaN NaN NaN NaN

User defined functions#

DataFrame.agg() and DataFrame.transform() applies a user defined function that reduces or broadcasts its result respectively.

In [66]: df.agg(lambda x: np.mean(x) * 5.6)
Out[66]: 
A -0.025054
B -2.150294
C -3.851445
D 28.000000
F 16.800000
dtype: float64
In [67]: df.transform(lambda x: x * 101.2)
Out[67]: 
 A B C D F
2013年01月01日 0.000000 0.000000 -152.716721 506.0 NaN
2013年01月02日 122.665737 -17.529322 12.063922 506.0 101.2
2013年01月03日 -87.219115 -212.982405 -50.086843 506.0 202.4
2013年01月04日 73.021382 -71.525239 -105.204988 506.0 303.6
2013年01月05日 -43.007200 57.382459 27.954680 506.0 404.8
2013年01月06日 -68.177398 11.501219 -149.616767 506.0 506.0

Value Counts#

See more at Histogramming and Discretization.

In [68]: s = pd.Series(np.random.randint(0, 7, size=10))
In [69]: s
Out[69]: 
0 4
1 2
2 1
3 2
4 6
5 4
6 4
7 6
8 4
9 4
dtype: int64
In [70]: s.value_counts()
Out[70]: 
4 5
2 2
6 2
1 1
Name: count, dtype: int64

String Methods#

Series is equipped with a set of string processing methods in the str attribute that make it easy to operate on each element of the array, as in the code snippet below. See more at Vectorized String Methods.

In [71]: s = pd.Series(["A", "B", "C", "Aaba", "Baca", np.nan, "CABA", "dog", "cat"])
In [72]: s.str.lower()
Out[72]: 
0 a
1 b
2 c
3 aaba
4 baca
5 NaN
6 caba
7 dog
8 cat
dtype: object

Merge#

Concat#

pandas provides various facilities for easily combining together Series and DataFrame objects with various kinds of set logic for the indexes and relational algebra functionality in the case of join / merge-type operations.

See the Merging section.

Concatenating pandas objects together row-wise with concat():

In [73]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(10, 4))
In [74]: df
Out[74]: 
 0 1 2 3
0 -0.548702 1.467327 -1.015962 -0.483075
1 1.637550 -1.217659 -0.291519 -1.745505
2 -0.263952 0.991460 -0.919069 0.266046
3 -0.709661 1.669052 1.037882 -1.705775
4 -0.919854 -0.042379 1.247642 -0.009920
5 0.290213 0.495767 0.362949 1.548106
6 -1.131345 -0.089329 0.337863 -0.945867
7 -0.932132 1.956030 0.017587 -0.016692
8 -0.575247 0.254161 -1.143704 0.215897
9 1.193555 -0.077118 -0.408530 -0.862495
# break it into pieces
In [75]: pieces = [df[:3], df[3:7], df[7:]]
In [76]: pd.concat(pieces)
Out[76]: 
 0 1 2 3
0 -0.548702 1.467327 -1.015962 -0.483075
1 1.637550 -1.217659 -0.291519 -1.745505
2 -0.263952 0.991460 -0.919069 0.266046
3 -0.709661 1.669052 1.037882 -1.705775
4 -0.919854 -0.042379 1.247642 -0.009920
5 0.290213 0.495767 0.362949 1.548106
6 -1.131345 -0.089329 0.337863 -0.945867
7 -0.932132 1.956030 0.017587 -0.016692
8 -0.575247 0.254161 -1.143704 0.215897
9 1.193555 -0.077118 -0.408530 -0.862495

Note

Adding a column to a DataFrame is relatively fast. However, adding a row requires a copy, and may be expensive. We recommend passing a pre-built list of records to the DataFrame constructor instead of building a DataFrame by iteratively appending records to it.

Join#

merge() enables SQL style join types along specific columns. See the Database style joining section.

In [77]: left = pd.DataFrame({"key": ["foo", "foo"], "lval": [1, 2]})
In [78]: right = pd.DataFrame({"key": ["foo", "foo"], "rval": [4, 5]})
In [79]: left
Out[79]: 
 key lval
0 foo 1
1 foo 2
In [80]: right
Out[80]: 
 key rval
0 foo 4
1 foo 5
In [81]: pd.merge(left, right, on="key")
Out[81]: 
 key lval rval
0 foo 1 4
1 foo 1 5
2 foo 2 4
3 foo 2 5

merge() on unique keys:

In [82]: left = pd.DataFrame({"key": ["foo", "bar"], "lval": [1, 2]})
In [83]: right = pd.DataFrame({"key": ["foo", "bar"], "rval": [4, 5]})
In [84]: left
Out[84]: 
 key lval
0 foo 1
1 bar 2
In [85]: right
Out[85]: 
 key rval
0 foo 4
1 bar 5
In [86]: pd.merge(left, right, on="key")
Out[86]: 
 key lval rval
0 foo 1 4
1 bar 2 5

Grouping#

By "group by" we are referring to a process involving one or more of the following steps:

  • Splitting the data into groups based on some criteria

  • Applying a function to each group independently

  • Combining the results into a data structure

See the Grouping section.

In [87]: df = pd.DataFrame(
 ....:  {
 ....:  "A": ["foo", "bar", "foo", "bar", "foo", "bar", "foo", "foo"],
 ....:  "B": ["one", "one", "two", "three", "two", "two", "one", "three"],
 ....:  "C": np.random.randn(8),
 ....:  "D": np.random.randn(8),
 ....:  }
 ....: )
 ....: 
In [88]: df
Out[88]: 
 A B C D
0 foo one 1.346061 -1.577585
1 bar one 1.511763 0.396823
2 foo two 1.627081 -0.105381
3 bar three -0.990582 -0.532532
4 foo two -0.441652 1.453749
5 bar two 1.211526 1.208843
6 foo one 0.268520 -0.080952
7 foo three 0.024580 -0.264610

Grouping by a column label, selecting column labels, and then applying the DataFrameGroupBy.sum() function to the resulting groups:

In [89]: df.groupby("A")[["C", "D"]].sum()
Out[89]: 
 C D
A 
bar 1.732707 1.073134
foo 2.824590 -0.574779

Grouping by multiple columns label forms MultiIndex.

In [90]: df.groupby(["A", "B"]).sum()
Out[90]: 
 C D
A B 
bar one 1.511763 0.396823
 three -0.990582 -0.532532
 two 1.211526 1.208843
foo one 1.614581 -1.658537
 three 0.024580 -0.264610
 two 1.185429 1.348368

Reshaping#

See the sections on Hierarchical Indexing and Reshaping.

Stack#

In [91]: arrays = [
 ....:  ["bar", "bar", "baz", "baz", "foo", "foo", "qux", "qux"],
 ....:  ["one", "two", "one", "two", "one", "two", "one", "two"],
 ....: ]
 ....: 
In [92]: index = pd.MultiIndex.from_arrays(arrays, names=["first", "second"])
In [93]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(8, 2), index=index, columns=["A", "B"])
In [94]: df2 = df[:4]
In [95]: df2
Out[95]: 
 A B
first second 
bar one -0.727965 -0.589346
 two 0.339969 -0.693205
baz one -0.339355 0.593616
 two 0.884345 1.591431

The stack() method "compresses" a level in the DataFrame’s columns:

In [96]: stacked = df2.stack(future_stack=True)
In [97]: stacked
Out[97]: 
first second 
bar one A -0.727965
 B -0.589346
 two A 0.339969
 B -0.693205
baz one A -0.339355
 B 0.593616
 two A 0.884345
 B 1.591431
dtype: float64

With a "stacked" DataFrame or Series (having a MultiIndex as the index), the inverse operation of stack() is unstack(), which by default unstacks the last level:

In [98]: stacked.unstack()
Out[98]: 
 A B
first second 
bar one -0.727965 -0.589346
 two 0.339969 -0.693205
baz one -0.339355 0.593616
 two 0.884345 1.591431
In [99]: stacked.unstack(1)
Out[99]: 
second one two
first 
bar A -0.727965 0.339969
 B -0.589346 -0.693205
baz A -0.339355 0.884345
 B 0.593616 1.591431
In [100]: stacked.unstack(0)
Out[100]: 
first bar baz
second 
one A -0.727965 -0.339355
 B -0.589346 0.593616
two A 0.339969 0.884345
 B -0.693205 1.591431

Pivot tables#

See the section on Pivot Tables.

In [101]: df = pd.DataFrame(
 .....:  {
 .....:  "A": ["one", "one", "two", "three"] * 3,
 .....:  "B": ["A", "B", "C"] * 4,
 .....:  "C": ["foo", "foo", "foo", "bar", "bar", "bar"] * 2,
 .....:  "D": np.random.randn(12),
 .....:  "E": np.random.randn(12),
 .....:  }
 .....: )
 .....: 
In [102]: df
Out[102]: 
 A B C D E
0 one A foo -1.202872 0.047609
1 one B foo -1.814470 -0.136473
2 two C foo 1.018601 -0.561757
3 three A bar -0.595447 -1.623033
4 one B bar 1.395433 0.029399
5 one C bar -0.392670 -0.542108
6 two A foo 0.007207 0.282696
7 three B foo 1.928123 -0.087302
8 one C foo -0.055224 -1.575170
9 one A bar 2.395985 1.771208
10 two B bar 1.552825 0.816482
11 three C bar 0.166599 1.100230

pivot_table() pivots a DataFrame specifying the values, index and columns

In [103]: pd.pivot_table(df, values="D", index=["A", "B"], columns=["C"])
Out[103]: 
C bar foo
A B 
one A 2.395985 -1.202872
 B 1.395433 -1.814470
 C -0.392670 -0.055224
three A -0.595447 NaN
 B NaN 1.928123
 C 0.166599 NaN
two A NaN 0.007207
 B 1.552825 NaN
 C NaN 1.018601

Time series#

pandas has simple, powerful, and efficient functionality for performing resampling operations during frequency conversion (e.g., converting secondly data into 5-minutely data). This is extremely common in, but not limited to, financial applications. See the Time Series section.

In [104]: rng = pd.date_range("1/1/2012", periods=100, freq="s")
In [105]: ts = pd.Series(np.random.randint(0, 500, len(rng)), index=rng)
In [106]: ts.resample("5Min").sum()
Out[106]: 
2012年01月01日 24182
Freq: 5min, dtype: int64

Series.tz_localize() localizes a time series to a time zone:

In [107]: rng = pd.date_range("3/6/2012 00:00", periods=5, freq="D")
In [108]: ts = pd.Series(np.random.randn(len(rng)), rng)
In [109]: ts
Out[109]: 
2012年03月06日 1.857704
2012年03月07日 -1.193545
2012年03月08日 0.677510
2012年03月09日 -0.153931
2012年03月10日 0.520091
Freq: D, dtype: float64
In [110]: ts_utc = ts.tz_localize("UTC")
In [111]: ts_utc
Out[111]: 
2012年03月06日 00:00:00+00:00 1.857704
2012年03月07日 00:00:00+00:00 -1.193545
2012年03月08日 00:00:00+00:00 0.677510
2012年03月09日 00:00:00+00:00 -0.153931
2012年03月10日 00:00:00+00:00 0.520091
Freq: D, dtype: float64

Series.tz_convert() converts a timezones aware time series to another time zone:

In [112]: ts_utc.tz_convert("US/Eastern")
Out[112]: 
2012年03月05日 19:00:00-05:00 1.857704
2012年03月06日 19:00:00-05:00 -1.193545
2012年03月07日 19:00:00-05:00 0.677510
2012年03月08日 19:00:00-05:00 -0.153931
2012年03月09日 19:00:00-05:00 0.520091
Freq: D, dtype: float64

Adding a non-fixed duration (BusinessDay) to a time series:

In [113]: rng
Out[113]: 
DatetimeIndex(['2012年03月06日', '2012年03月07日', '2012年03月08日', '2012年03月09日',
 '2012年03月10日'],
 dtype='datetime64[ns]', freq='D')
In [114]: rng + pd.offsets.BusinessDay(5)
Out[114]: 
DatetimeIndex(['2012年03月13日', '2012年03月14日', '2012年03月15日', '2012年03月16日',
 '2012年03月16日'],
 dtype='datetime64[ns]', freq=None)

Categoricals#

pandas can include categorical data in a DataFrame. For full docs, see the categorical introduction and the API documentation.

In [115]: df = pd.DataFrame(
 .....:  {"id": [1, 2, 3, 4, 5, 6], "raw_grade": ["a", "b", "b", "a", "a", "e"]}
 .....: )
 .....: 

Converting the raw grades to a categorical data type:

In [116]: df["grade"] = df["raw_grade"].astype("category")
In [117]: df["grade"]
Out[117]: 
0 a
1 b
2 b
3 a
4 a
5 e
Name: grade, dtype: category
Categories (3, object): ['a', 'b', 'e']

Rename the categories to more meaningful names:

In [118]: new_categories = ["very good", "good", "very bad"]
In [119]: df["grade"] = df["grade"].cat.rename_categories(new_categories)

Reorder the categories and simultaneously add the missing categories (methods under Series.cat() return a new Series by default):

In [120]: df["grade"] = df["grade"].cat.set_categories(
 .....:  ["very bad", "bad", "medium", "good", "very good"]
 .....: )
 .....: 
In [121]: df["grade"]
Out[121]: 
0 very good
1 good
2 good
3 very good
4 very good
5 very bad
Name: grade, dtype: category
Categories (5, object): ['very bad', 'bad', 'medium', 'good', 'very good']

Sorting is per order in the categories, not lexical order:

In [122]: df.sort_values(by="grade")
Out[122]: 
 id raw_grade grade
5 6 e very bad
1 2 b good
2 3 b good
0 1 a very good
3 4 a very good
4 5 a very good

Grouping by a categorical column with observed=False also shows empty categories:

In [123]: df.groupby("grade", observed=False).size()
Out[123]: 
grade
very bad 1
bad 0
medium 0
good 2
very good 3
dtype: int64

Plotting#

See the Plotting docs.

We use the standard convention for referencing the matplotlib API:

In [124]: importmatplotlib.pyplotasplt
In [125]: plt.close("all")

The plt.close method is used to close a figure window:

In [126]: ts = pd.Series(np.random.randn(1000), index=pd.date_range("1/1/2000", periods=1000))
In [127]: ts = ts.cumsum()
In [128]: ts.plot();
../_images/series_plot_basic.png

Note

When using Jupyter, the plot will appear using plot(). Otherwise use matplotlib.pyplot.show to show it or matplotlib.pyplot.savefig to write it to a file.

plot() plots all columns:

In [129]: df = pd.DataFrame(
 .....:  np.random.randn(1000, 4), index=ts.index, columns=["A", "B", "C", "D"]
 .....: )
 .....: 
In [130]: df = df.cumsum()
In [131]: plt.figure();
In [132]: df.plot();
In [133]: plt.legend(loc='best');
../_images/frame_plot_basic.png

Importing and exporting data#

See the IO Tools section.

CSV#

Writing to a csv file: using DataFrame.to_csv()

In [134]: df = pd.DataFrame(np.random.randint(0, 5, (10, 5)))
In [135]: df.to_csv("foo.csv")

Reading from a csv file: using read_csv()

In [136]: pd.read_csv("foo.csv")
Out[136]: 
 Unnamed: 0 0 1 2 3 4
0 0 4 3 1 1 2
1 1 1 0 2 3 2
2 2 1 4 2 1 2
3 3 0 4 0 2 2
4 4 4 2 2 3 4
5 5 4 0 4 3 1
6 6 2 1 2 0 3
7 7 4 0 4 4 4
8 8 4 4 1 0 1
9 9 0 4 3 0 3

Parquet#

Writing to a Parquet file:

In [137]: df.to_parquet("foo.parquet")

Reading from a Parquet file Store using read_parquet():

In [138]: pd.read_parquet("foo.parquet")
Out[138]: 
 0 1 2 3 4
0 4 3 1 1 2
1 1 0 2 3 2
2 1 4 2 1 2
3 0 4 0 2 2
4 4 2 2 3 4
5 4 0 4 3 1
6 2 1 2 0 3
7 4 0 4 4 4
8 4 4 1 0 1
9 0 4 3 0 3

Excel#

Reading and writing to Excel.

Writing to an excel file using DataFrame.to_excel():

In [139]: df.to_excel("foo.xlsx", sheet_name="Sheet1")

Reading from an excel file using read_excel():

In [140]: pd.read_excel("foo.xlsx", "Sheet1", index_col=None, na_values=["NA"])
Out[140]: 
 Unnamed: 0 0 1 2 3 4
0 0 4 3 1 1 2
1 1 1 0 2 3 2
2 2 1 4 2 1 2
3 3 0 4 0 2 2
4 4 4 2 2 3 4
5 5 4 0 4 3 1
6 6 2 1 2 0 3
7 7 4 0 4 4 4
8 8 4 4 1 0 1
9 9 0 4 3 0 3

Gotchas#

If you are attempting to perform a boolean operation on a Series or DataFrame you might see an exception like:

In [141]: if pd.Series([False, True, False]):
 .....:  print("I was true")
 .....: 
---------------------------------------------------------------------------
ValueErrorTraceback (most recent call last)
<ipython-input-141-b27eb9c1dfc0> in ?()
----> 1 if pd.Series([False, True, False]):
2 print("I was true")
~/work/pandas/pandas/pandas/core/generic.py in ?(self)
1575 @final
1576 def__nonzero__(self) -> NoReturn:
-> 1577 raise ValueError(
1578 f"The truth value of a {type(self).__name__} is ambiguous. "
1579 "Use a.empty, a.bool(), a.item(), a.any() or a.all()."
1580 )
ValueError: The truth value of a Series is ambiguous. Use a.empty, a.bool(), a.item(), a.any() or a.all().

See Comparisons and Gotchas for an explanation and what to do.