【Python教程】pandas apply() 函数的使用方法

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理解 pandas 的函数，要对函数式编程有一定的概念和理解。函数式编程，包括函数式编程思维，当然是一个很复杂的话题，但对今天介绍的 apply() 函数，只需要理解：函数作为一个对象，能作为参数传递给其它函数，也能作为函数的返回值。

函数作为对象能带来代码风格的巨大改变。举一个例子，有一个类型为 list 的变量，包含 从 1 到 10 的数据，需要从其中找出能被 3 整除的所有数字。用传统的方法：

def can_divide_by_three(number):
if number % 3 == 0:
return True
else:
return False

selected_numbers = []
for number in range(1, 11):
if can_divide_by_three(number):
selected_numbers.append(number)

循环是不可少的，因为 can_divide_by_three() 函数只用一次，考虑用 lambda 表达式简化：

divide_by_three = lambda x : True if x % 3 == 0 else False

selected_numbers = []
for number in range(1, 11):
if divide_by_three(item):
selected_numbers.append(item)

以上是传统编程思维方式，而函数式编程思维则完全不同。我们可以这样想：从 list 中取出特定规则的数字，能不能只关注和设置规则，循环这种事情交给编程语言去处理呢？当然可以。当编程人员只关心规则（规则可能是一个条件，或者由某一个 function 来定义），代码将大大简化，可读性也更强。

Python 语言提供 filter() 函数，语法如下：

filter(function, sequence)

filter() 函数的功能：对 sequence 中的 item 依次执行 function(item)，将结果为 True 的 item 组成一个 List/String/Tuple（取决于 sequence 的类型）并返回。有了这个函数，上面的代码可以简化为：

divide_by_three = lambda x : True if x % 3 == 0 else False
selected_numbers = filter(divide_by_three, range(1, 11))

将 lambda 表达式放在语句中，代码简化到只需要一句话就够了：

selected_numbers = filter(lambda x: x % 3 == 0, range(1, 11))

Series.apply()

回到主题， pandas 的 apply() 函数可以作用于 Series 或者整个 DataFrame，功能也是自动遍历整个 Series 或者 DataFrame, 对每一个元素运行指定的函数。

举一个例子，现在有这样一组数据，学生的考试成绩：

 Name Nationality Score
张 汉 400
李 回 450
王 汉 460

如果民族不是汉族，则总分在考试分数上再加 5 分，现在需要用 pandas 来做这种计算，我们在 Dataframe 中增加一列。当然如果只是为了得到结果， numpy.where() 函数更简单，这里主要为了演示 Series.apply() 函数的用法。

import pandas as pd

df = pd.read_csv("studuent-score.csv")
df['ExtraScore'] = df['Nationality'].apply(lambda x : 5 if x != '汉' else 0)
df['TotalScore'] = df['Score'] + df['ExtraScore']

对于 Nationality 这一列， pandas 遍历每一个值，并且对这个值执行 lambda 匿名函数，将计算结果存储在一个新的 Series 中返回。上面代码在 jupyter notebook 中显示的结果如下：

 Name Nationality Score ExtraScore TotalScore
0 张 汉 400 0 400
1 李 回 450 5 455
2 王 汉 460 0 460

apply() 函数当然也可执行 python 内置的函数，比如我们想得到 Name 这一列字符的个数，如果用 apply() 的话：

df['NameLength'] = df['Name'].apply(len)

apply 函数接收带有参数的函数

根据 pandas 帮助文档 pandas.Series.apply — pandas 1.3.1 documentation，该函数可以接收位置参数或者关键字参数，语法如下：

Series.apply(func, convert_dtype=True, args=(), **kwargs)

对于 func 参数来说，该函数定义中的第一个参数是必须的，所以 funct() 除第一个参数之外的其它参数则被视为额外的参数，作为参数来传递。我们仍以刚才的示例进行说明，假设除汉族外，其他少数名族有加分，我们把加分放在函数的参数中，先定义一个 add_extra() 函数：

def add_extra(nationality, extra):
if nationality != "汉":
return extra
else:
return 0

对 df 新增一列：

df['ExtraScore'] = df.Nationality.apply(add_extra, args=(5,))

位置参数通过 args = () 来传递参数，类型为 tuple。也可用下面的方法调用：

df['ExtraScore'] = df.Nationality.apply(add_extra, extra=5)

运行后结果为：

 Name Nationality Score ExtraScore
0 张 汉 400 0
1 李 回 450 5
2 王 汉 460 0

将 add_extra 作为 lambda 函数：

df['Extra'] = df.Nationality.apply(lambda n, extra : extra if n == '汉' else 0, args=(5,))

下面继续讲解关键字参数。假设我们对不同的民族可以给不同的加分，定义 add_extra2() 函数：

def add_extra2(nationaltiy, **kwargs):
return kwargs[nationaltiy]

df['Extra'] = df.Nationality.apply(add_extra2, 汉=0, 回=10, 藏=5)

运行结果为：

 Name Nationality Score Extra
0 张 汉 400 0
1 李 回 450 10
2 王 汉 460 0

对照 apply 函数的语法，不难理解。

DataFrame.apply()

DataFrame.apply() 函数则会遍历每一个元素，对元素运行指定的 function。比如下面的示例：

import pandas as pd
import numpy as np

matrix = [
[1,2,3],
[4,5,6],
[7,8,9]
]

df = pd.DataFrame(matrix, columns=list('xyz'), index=list('abc'))
df.apply(np.square)

对 df 执行 square() 函数后，所有的元素都执行平方运算：

 x y z
a 1 4 9
b 16 25 36
c 49 64 81

如果只想 apply() 作用于指定的行和列，可以用行或者列的 name 属性进行限定。比如下面的示例将 x 列进行平方运算：

df.apply(lambda x : np.square(x) if x.name=='x' else x)

 x y z
a 1 2 3
b 16 5 6
c 49 8 9

下面的示例对 x 和 y 列进行平方运算：

df.apply(lambda x : np.square(x) if x.name in ['x', 'y'] else x)

 x y z
a 1 4 3
b 16 25 6
c 49 64 9

下面的示例对第一行 （a 标签所在行）进行平方运算：

df.apply(lambda x : np.square(x) if x.name == 'a' else x, axis=1)

默认情况下 axis=0 表示按列，axis=1 表示按行。

apply() 计算日期相减示例

平时我们会经常用到日期的计算，比如要计算两个日期的间隔，比如下面的一组关于 wbs 起止日期的数据：

 wbs date_from date_to
job1 2019-04-01 2019-05-01
job2 2019-04-07 2019-05-17
job3 2019-05-16 2019-05-31
job4 2019-05-20 2019-06-11

假定要计算起止日期间隔的天数。比较简单的方法就是两列相减（datetime 类型)：

import pandas as pd
import datetime as dt

wbs = {
"wbs": ["job1", "job2", "job3", "job4"],
"date_from": ["2019-04-01", "2019-04-07", "2019-05-16","2019-05-20"],
"date_to": ["2019-05-01", "2019-05-17", "2019-05-31", "2019-06-11"]
}

df = pd.DataFrame(wbs)
df['elpased'] = df['date_to'].apply(pd.to_datetime) -
df['date_from'].apply(pd.to_datetime)

apply() 函数将 date_from 和 date_to 两列转换成 datetime 类型。我们 print 一下 df:

 wbs date_from date_to elapsed
0 job1 2019-04-01 2019-05-01 30 days
1 job2 2019-04-07 2019-05-17 40 days
2 job3 2019-05-16 2019-05-31 15 days
3 job4 2019-05-20 2019-06-11 22 days

日期间隔已经计算出来，但后面带有一个单位 days，这是因为两个 datetime 类型相减，得到的数据类型是 timedelta64，如果只要数字，还需要使用 timedelta 的 days 属性转换一下。

elapsed= df['date_to'].apply(pd.to_datetime) -
df['date_from'].apply(pd.to_datetime)
df['elapsed'] = elapsed.apply(lambda x : x.days)

使用 DataFrame.apply() 函数也能达到同样的效果，我们需要先定义一个函数 get_interval_days() 函数的第一列是一个 Series 类型的变量，执行的时候，依次接收 DataFrame 的每一行。

import pandas as pd
import datetime as dt

def get_interval_days(arrLike, start, end):
start_date = dt.datetime.strptime(arrLike[start], '%Y-%m-%d')
end_date = dt.datetime.strptime(arrLike[end], '%Y-%m-%d')

return (end_date - start_date).days

wbs = {
"wbs": ["job1", "job2", "job3", "job4"],
"date_from": ["2019-04-01", "2019-04-07", "2019-05-16","2019-05-20"],
"date_to": ["2019-05-01", "2019-05-17", "2019-05-31", "2019-06-11"]
}

df = pd.DataFrame(wbs)
df['elapsed'] = df.apply(
get_interval_days, axis=1, args=('date_from', 'date_to'))