Praca z plikami CSV w module Pandas

Last modified: July 05, 2024

This article is written in: 🇵🇱

Praca z plikami CSV w module Pandas

Pandas to potężna biblioteka w języku Python, przeznaczona do analizy i przetwarzania danych. Jednym z kluczowych zastosowań Pandas jest obsługa plików CSV (Comma-Separated Values). Biblioteka ta udostępnia funkcje takie jak to_csv() do zapisywania ramki danych (DataFrame) do pliku CSV oraz read_csv() do wczytywania danych z pliku CSV.

Przykład użycia funkcji `to_csv()` i `read_csv()`

Przyjrzyjmy się, jak można wykorzystać te funkcje na praktycznym przykładzie. Załóżmy, że mamy następujące dane dotyczące rachunków za prąd w wybranym okresie:

import pandas as pd

# Przygotowanie danych
data = {
    "Data": ["2022-01-01", "2022-02-01", "2022-03-01"],
    "Kwota": [100, 120, 130]
}
df = pd.DataFrame(data)

# Zapis danych do pliku CSV
nazwa_pliku = "rachunki.csv"
df.to_csv(nazwa_pliku, index=False, sep=';', encoding='utf-8')

print(f"Dane zapisane do {nazwa_pliku}!")

# Odczyt danych z pliku CSV
df_odczytane = pd.read_csv(nazwa_pliku, sep=';', encoding='utf-8')
print("\nOdczytane dane z pliku CSV:")
print(df_odczytane)

Po wykonaniu powyższego kodu, w pliku rachunki.csv znajdą się dane:

Data	Kwota
2022-01-01	100
2022-02-01	120
2022-03-01	130

Kilka uwag:

Parametr sep=';' określa separator używany w pliku CSV. W niektórych regionach standardowo używa się przecinka, ale w wielu krajach, gdzie przecinek jest używany jako separator dziesiętny, używa się średnika.
Parametr encoding='utf-8' zapewnia, że plik będzie zakodowany w formacie UTF-8, co jest szczególnie ważne, jeśli dane zawierają znaki spoza ASCII, np. polskie litery.

Pandas udostępnia również wiele dodatkowych opcji dla read_csv(), pozwalających na bardziej zaawansowaną kontrolę nad procesem wczytywania danych, takich jak określenie typów kolumn, przetwarzanie brakujących danych i wiele innych.

Eksploracja danych w Pandas

Gdy wczytujemy dane w formie tabeli przy użyciu biblioteki Pandas, często chcemy najpierw przeprowadzić ich podstawową analizę i wstępne przetwarzanie. Oto kilka przydatnych funkcji i technik, które ułatwią ten proces.

Przykładowy zestaw danych

Przykładowy zestaw danych, na którym będziemy wykonywać operacje, wygląda następująco:

Imię	Wiek	Miasto	Wynagrodzenie
Jan	28	Warszawa	4500
Anna	22	Kraków	3900
Piotr	34	Warszawa	5200
Maria	45	Gdańsk	6100
Tomasz	30	Wrocław	4700

Kod wczytujący te dane do Pandas:

import pandas as pd

data = {
    'Imię': ['Jan', 'Anna', 'Piotr', 'Maria', 'Tomasz'],
    'Wiek': [28, 22, 34, 45, 30],
    'Miasto': ['Warszawa', 'Kraków', 'Warszawa', 'Gdańsk', 'Wrocław'],
    'Wynagrodzenie': [4500, 3900, 5200, 6100, 4700]
}

df = pd.DataFrame(data)

Informacje o strukturze danych

Aby uzyskać ogólny przegląd wczytanej tabeli, można użyć funkcji info(). Dostarcza ona informacje na temat liczby wierszy i kolumn, typów danych w poszczególnych kolumnach oraz ilości brakujących wartości.

df.info()

Wynik:

<class 'pandas.core.frame.dataframe'="">
RangeIndex: 5 entries, 0 to 4
Data columns (total 4 columns):
 #   Column         Non-Null Count  Dtype 
---  ------         --------------  ----- 
 0   Imię           5 non-null      object
 1   Wiek           5 non-null      int64 
 2   Miasto         5 non-null      object
 3   Wynagrodzenie  5 non-null      int64 
dtypes: int64(2), object(2)
memory usage: 288.0+ bytes

Podgląd zawartości

Jeśli chcemy rzucić okiem na początkowe lub końcowe wiersze tabeli, przydadzą się funkcje head() oraz tail(). Domyślnie zwracają one 5 wierszy, ale można zmienić ten limit, podając odpowiednią liczbę jako argument.

df.head(10) # pierwsze 10 wierszy
df.tail(3)  # ostatnie 3 wiersze

Wynik dla df.head(3):

Imię  Wiek    Miasto  Wynagrodzenie
0     Jan    28  Warszawa          4500
1    Anna    22    Kraków          3900
2   Piotr    34  Warszawa          5200

Wybieranie kolumn

Jeśli chcemy skupić się na konkretnych kolumnach, możemy je łatwo wybrać. Na przykład, jeśli chcemy wybrać tylko kolumny "Imię" i "Wiek":

df_selected = df[['Imię', 'Wiek']]

Wynik:

Imię  Wiek
0     Jan    28
1    Anna    22
2   Piotr    34
3   Maria    45
4  Tomasz    30

Filtrowanie wierszy

Aby przefiltrować wiersze w tabeli na podstawie pewnych kryteriów, korzystamy z metody loc[]. Na przykład, wybieranie wierszy, w których wartość w kolumnie "Wiek" jest większa niż 30:

starsi_niz_30 = df.loc[df['Wiek'] > 30]

Wynik:

Imię  Wiek    Miasto  Wynagrodzenie
2  Piotr    34  Warszawa          5200
3  Maria    45    Gdańsk          6100

Aby wybrać wiersze, w których wiek użytkownika przekracza 30 lat i mieszka w Warszawie:

starsi_warszawianie = df.loc[(df['Wiek'] > 30) & (df['Miasto'] == 'Warszawa')]

Wynik:

Imię  Wiek    Miasto  Wynagrodzenie
2  Piotr    34  Warszawa          5200

Statystyki opisowe

Jeśli chcemy szybko poznać podstawowe statystyki dotyczące kolumn numerycznych, możemy użyć funkcji describe():

# Przykładowe dane
data = {
    "Data": ["2022-01-01", "2022-02-01", "2022-03-01"],
    "Kwota": [100, 120, 130]
}
df = pd.DataFrame(data)

# Obliczenie statystyk opisowych
statystyki = df.describe()
print(statystyki)

Ta funkcja dostarczy informacji na temat średniej, mediany, odchylenia standardowego i innych podstawowych statystyk dla każdej kolumny numerycznej w tabeli.

Przykładowy wynik działania powyższego kodu:

Kwota
count    3.000000
mean   116.666667
std     15.275252
min    100.000000
25%    110.000000
50%    120.000000
75%    125.000000
max    130.000000

Opis wyników:

count: liczba niepustych wartości w kolumnie.
mean: średnia arytmetyczna wartości w kolumnie.
std: odchylenie standardowe, miara dyspersji wartości w kolumnie.
min: najmniejsza wartość w kolumnie.
25%: pierwszy kwartyl, wartość poniżej której znajduje się 25% danych.
50%: mediana, wartość środkowa (drugi kwartyl).
75%: trzeci kwartyl, wartość poniżej której znajduje się 75% danych.
max: największa wartość w kolumnie.

Agregacja danych

Pandas pozwala na łatwą agregację danych, na przykład obliczenie średniej, sumy czy liczby wystąpień. Dzięki temu możemy szybko uzyskać kluczowe informacje statystyczne na temat naszych danych.

Przykładowy zestaw danych

Przykładowy zestaw danych, na którym będziemy wykonywać operacje, wygląda następująco:

Data	Klient	Kwota
2023-01-01	Jan	250
2023-01-02	Anna	300
2023-01-03	Piotr	450
2023-02-01	Maria	500
2023-02-02	Tomasz	600

Kod wczytujący te dane do Pandas:

import pandas as pd

data = {
    'Data': ['2023-01-01', '2023-01-02', '2023-01-03', '2023-02-01', '2023-02-02'],
    'Klient': ['Jan', 'Anna', 'Piotr', 'Maria', 'Tomasz'],
    'Kwota': [250, 300, 450, 500, 600]
}

df = pd.DataFrame(data)
df['Data'] = pd.to_datetime(df['Data'])

Obliczenie średniej i sumy

Aby obliczyć średnią i sumę wartości w kolumnie Kwota, możemy użyć funkcji mean() i sum():

# Średnia wartość w kolumnie Kwota
srednia_kwota = df['Kwota'].mean()
print(f"Średnia wartość rachunku: {srednia_kwota}")

# Suma wartości w kolumnie Kwota
suma_kwot = df['Kwota'].sum()
print(f"Suma wartości rachunków: {suma_kwot}")

Wyniki:

Średnia wartość rachunku: 420.0
Suma wartości rachunków: 2100

Grupowanie danych

Często przydatne jest grupowanie danych według określonych kryteriów. Pandas umożliwia to za pomocą metody groupby(), która pozwala na grupowanie danych według jednej lub kilku kolumn i wykonywanie agregacji na tych grupach.

Grupowanie według miesiąca i obliczenie średniej wartości rachunku

Aby grupować dane według miesiąca i obliczyć średnią wartość rachunku, możemy skorzystać z poniższego kodu:

# Dodanie kolumny Miesiąc
df['Miesiąc'] = df['Data'].dt.month

# Grupowanie danych według miesiąca i obliczenie średniej wartości rachunku
srednia_miesieczna = df.groupby('Miesiąc')['Kwota'].mean()
print(srednia_miesieczna)

Wynik:

Miesiąc
1    333.333333
2    550.000000
Name: Kwota, dtype: float64

Przetwarzanie brakujących danych

W praktycznych zastosowaniach często spotykamy się z brakującymi danymi. Pandas oferuje funkcje takie jak fillna() i dropna(), które pomagają w radzeniu sobie z brakami.

Przykładowy zestaw danych z brakującymi wartościami

Data	Klient	Kwota
2023-01-01	Jan	250
2023-01-02	Anna	NaN
2023-01-03	Piotr	450
2023-02-01	Maria	500
2023-02-02	Tomasz	NaN

Kod wczytujący te dane do Pandas:

import numpy as np

data = {
    'Data': ['2023-01-01', '2023-01-02', '2023-01-03', '2023-02-01', '2023-02-02'],
    'Klient': ['Jan', 'Anna', 'Piotr', 'Maria', 'Tomasz'],
    'Kwota': [250, np.nan, 450, 500, np.nan]
}

df = pd.DataFrame(data)
df['Data'] = pd.to_datetime(df['Data'])

Uzupełnianie brakujących wartości średnią

Aby uzupełnić brakujące wartości średnią z kolumny Kwota, możemy użyć funkcji fillna():

# Uzupełnianie brakujących wartości średnią
df_filled = df.fillna(df['Kwota'].mean())
print(df_filled)

Wynik:

Data  Klient  Kwota
0 2023-01-01     Jan  250.0
1 2023-01-02    Anna  400.0
2 2023-01-03   Piotr  450.0
3 2023-02-01   Maria  500.0
4 2023-02-02  Tomasz  400.0

Usuwanie wierszy z brakującymi wartościami

Aby usunąć wiersze z brakującymi wartościami, używamy funkcji dropna():

# Usuwanie wierszy z brakującymi wartościami
df_dropped = df.dropna()
print(df_dropped)

Wynik:

Data Klient  Kwota
0 2023-01-01    Jan  250.0
2 2023-01-03  Piotr  450.0
3 2023-02-01  Maria  500.0