R, Python 분석과 프로그래밍의 친구 (by R Friend)

이번 포스팅에서는 Python pandas DataFrame의 index를 reset_index() 하여 칼럼으로 가져오고, 이렇게 가져온 index에 새로운 이름을 부여하는 3가지 방법을 소개하겠습니다. 

먼저, 예제로 사용할 간단한 DataFrame을 만들어보겠습니다. 

이제 index 를 칼럼으로 가져오고, 가져온 index의 이름으로 'id'라는 이름을 부여하는 3가지 방법을 차례대로 소개하겠습니다. 

많은 도움이 되었기를 바랍니다. 

이번 포스팅에서는 Python pandas의 DataFrame을 

(1) 특정 칼럼을 기준으로 행을 정렬한 후에 (sort DataFrame by value in ascending/descending order)

==> (2) 각 그룹별로 상위 N개 행을 가져오기 (select top N rows by group)

을 하는 방법을 소개하겠습니다. 

먼저 'a'와 'b' 두 개의 그룹별로 5개의 값을 가진 간단한 예제 DataFrame을 만들어보겠습니다. 

이제 "val" 변수를 기준으로 내림차순 정렬(sort by 'val' in descending order) 한 후에, 'grp' 칼럼의 'a', 'b' 그룹별로 상위 3개의 값을 가져와서 새로운 데이터프레임을 만들어보겠습니다. 

위의 df_sort_group_top3 결과를 좀더 보기에 좋도록 'a', 'b' 그룹 순서대로, 각 그룹 내에서는 내림차순으로 정렬해보겠습니다. 

사용자 정의함수를 작성하고 df.groupby("grp").apply(UDF) 를 사용하는 방법도 있습니다. apply(UDF_name, arguments) 형식으로 사용자 정의 함수에서 사용했던 매개변수를 같이 넣어주면 됩니다. 매개변수 값을 변경해서 여러번 사용해야 하는 경우에는 아래처럼 사용자 정의 함수를 사용하는게 아무래도 편리하고 코드도 깔끔하겠습니다. 

(물론, 아래의 예의 경우 사용자 정의함수에서 default 값으로 입력해놓은 매개변수 값과 동일하기 때문에 apply(top) 만 해도 결과는 동일합니다.) 

정렬하는 칼럼이나 Top N개가 고정되어 있거나 일회성인 경우에는 간단하게 lambda 를 사용해서 사용자 정의 함수를 정의해서 사용해도 되겠습니다. 

많은 도움이 되었기를 바랍니다.  

이번 포스팅에서는 Python pandas의 pivot_table() 함수를 사용할 때 

- (1) 'DataError: No numeric types to aggregate' 에러가 왜 생기는지

- (2) 'DataError: No numeric types to aggregate' 에러 대응방법은 무엇인지에 대해서 알아보겠습니다. 

먼저 예제로 사용할 간단한 DataFrame을 만들어보겠습니다. 

이제 pandas의 pivot_table() 함수를 이용해서 'id'변수를 index로, 'col' 변수를 열(column)로 하여 'sum'이라는 숫자형 데이터 값(values)을 재구조화(pivot) 해보겠습니다.  pivot_table() 함수의 집계함수(aggregation function)의 디폴트 설정은 평균(aggfunc='mean')으로 되어 있습니다. 아래 코드는 문제 없이 잘 수행이 되었습니다. 

이번에는 'id' 변수를 index로, 'col'변수를 열(column)변수로 하는 것은 위와 동일하나, 재구조화하는 테이블의 값(value)으로 숫자형(nemeric)이 아니라 문자형(character)인 'name' 변수를 사용해보겠습니다. 그러면 아래와 같이 'DataError: No numeric types to aggregate'라는 DataError가 납니다. 왜냐하면 값(values) 으로 사용하려는 'name' 변수가 집계가 불가능한 문자형 데이터이기 때문입니다. (numeric only)

집계함수를 aggfunc='first' 로 명시적으로 설정해 줌으로써, 디폴트인 'mean' 을 사용해서 집계하는 것이 아니라 재구조화하는 기준의 테이블의 각 cell의 첫번째 값('first')을 그냥 가져오게끔 해주면 됩니다. 

집계함수 aggfunc='first' 로 해서 pivot 한 테이블의 값(values)을 하나가 아니라 여러개로 할 수도 있습니다. (이렇게 하면 숫자형 변수 'sum'도 집계를 하는 것이 아니라 각 테이블 cell의 첫번째 값을 가져오게 됨)

많은 도움이 되었기를 바랍니다. 

이번 포스팅에서는 Python pandas의 DataFrame, Series 의 행, 열의 개수를 세는 방법(how to count the number of rows and columns of pandas DataFrame and Series)을 소개하겠습니다. 

간단한 것들이고, 이미 소개한 것들이긴 한데요, Stackoverflow에 깔끔하게 유형별로 정리한 표가 있어서 옮겨보았습니다. 

Series 의 행 개수를 셀 때 s.size 와 같이 뒤에 () 가 없다는 것 조심해야 겠습니다.그리고 > count()는 Null 값이 아닌 행(count Non-null rows)만 세며,

> size() 는 Null 값인 행도 모두 포함해서 행(size of all rows)을 센다

는 것도 유념하면 좋겠습니다. 

간단한 예제를 아래에 소개합니다. 

numpy와 pandas 라이브러리 불러오고, DataFrame과 Series 데이터셋 만들어보겠습니다. 

import numpy as np
import pandas as pd

df = pd.DataFrame({'grp': ['A', 'A', 'A', 'B', 'B', 'B', 'C', 'C', 'C'], 
                           'val': [1, 2, np.nan, 4, np.nan, np.nan, 7, 8, 9]})

In [02]: df

Out[02]:

grp val

0 A 1.0

1 A 2.0

2 A NaN

3 B 4.0

4 B NaN

5 B NaN

6 C 7.0

7 C 8.0

8 C 9.0

s = pd.Series([1, 2, np.nan, 4, np.nan, np.nan, 7, 8, 9])
In [03]: s

Out[03]:

0 1.0

1 2.0

2 NaN

3 4.0

4 NaN

5 NaN

6 7.0

7 8.0

8 9.0

dtype: float64

많은 도움이 되었기를 바랍니다. 

이번 포스팅에서는 Python pandas 의 DataFrame에서 문자열(string)을 데이터 형태로 가지는 칼럼을 특정 기준(separator, delimiter) 분할(split a string)하여, 그 중의 일부분을 가져다가 DataFrame에 새로운 칼럼으로 만들어서 붙이는 2가지 방법을 소개하겠습니다. 

(1) Vectorization을 이용한 pandas DataFrame 문자열 칼럼 분할하기

(2) For Loop operation을 통한 pandas DataFrame 문자열 칼럼 분할하기

(1) Vectorization을 이용한 pandas DataFrame 문자열 칼럼 분할하기 (빠름 ^^)

예제로 사용할 문자열 'id' 와 숫자형 'val' 의 두 개 칼럼으로 이루어진 DataFrame을 만들어보겠습니다. 그리고 문자열 'id' 칼럼을 구분자(separator) '_' 를 기준으로 str.split('_') 메소드를 사용하여 분할(split) 한 후에, 앞부분([0])을 가져다가 'grp'라는 칼럼을 추가하여 만들어보겠습니다. 

import numpy as np
import pandas as pd

df = pd.DataFrame({'id': ['A_001', 'A_002', 'A_003', 'B_001', 'C_001', 'C_002'], 
                          'val': np.arange(6)})

print(df)

   id       val

0 A_001  0

1 A_002  1

2 A_003  2

3 B_001  3

4 C_001  4

5 C_002  5

# 1. vectorization
df['grp'] = df.id.str.split('_').str[0]

print(df)

   id       val  grp

0 A_001  0    A

1 A_002  1    A

2 A_003  2    A

3 B_001  3    B

4 C_001  4    C

5 C_002  5    C

만약 리스트(list)로 만들고 싶으면 분할한 객체에 대해 tolist() 메소드를 사용하면 됩니다. 

# tolist()
grp_list = df.id.str.split('_').str[0].tolist()
print(grp_list)

['A', 'A', 'A', 'B', 'C', 'C']

(2) For Loop operation을 통한 pandas DataFrame 문자열 칼럼 분할하기 (느림 -_-;;;)

두번째는 For Loop 연산을 사용하여 한 행, 한 행씩(row by row) 분할하고, 앞 부분 가져다가 'grp' 칼럼에 채워넣고... 를 반복하는 방법입니다. 위의 (1)번의 한꺼번에 처리하는 vectorization 대비 (2)번의 for loop은 시간이 상대적으로 많이 걸립니다. 데이터셋이 작으면 티가 잘 안나는데요, 수백~수천만건이 되는 자료에서 하면 느린 티가 많이 납니다. 

# 2. for loop
df = pd.DataFrame({'id': ['A_001', 'A_002', 'A_003', 'B_001', 'C_001', 'C_002'], 
                  'val': np.arange(6)})

for i in range(df.shape[0]):
    df.loc[i, 'grp'] = str(df.loc[i, 'id']).split('_')[0]

print(df)

   id       val  grp

0 A_001  0    A

1 A_002  1    A

2 A_003  2    A

3 B_001  3    B

4 C_001  4    C

5 C_002  5    C

많은 도움이 되었기를 바랍니다.

이번 포스팅에서는 (1) text 또는 csv 포맷으로 저장된 텍스트 파일을 Python의 string methods 를 사용하여 파일을 열어서 파싱하여 matrix 로 저장하고,  (2) 숫자형 데이터를 표준화(standardization) 혹은 정규화(normalization) 하는 사용자 정의함수를 만들어보겠습니다. 

예제로 사용할 text 파일은 전복의 성별과 length, diameter, height, whole_weight, shucked_weight, viscera_weight, shell_weight, rings 를 측정한 abalone.txt 파일 입니다. 

1. text 파일을 읽어서 숫자형 값으로 만든 matrix, 라벨을 저장한 vector를 만들기

물론, Pandas 모듈의 read_csv() 함수를 이용하여 편리하게 text, csv 포맷의 파일을 읽어올 수 있습니다. 

# importing modules
import numpy as np
import pandas as pd
import os

# setting directory
base_dir = '/Users/ihongdon/Documents/Python'
work_dir = 'dataset'
path = os.path.join(base_dir, work_dir)

# reading text file using pandas read_csv() function
df = pd.read_csv(os.path.join(path, 'abalone.txt'), 
                 sep=',', 
                 names=['sex', 'length', 'diameter', 'height', 'whole_weight', 
                        'shucked_weight', 'viscera_weight', 'shell_weight', 'rings'], 
                 header=None)
                 
# check first 5 lines
df.head()
sex	length	diameter	height	whole_weight	shucked_weight	viscera_weight	shell_weight	rings
0	M	0.455	0.365	0.095	0.5140	0.2245	0.1010	0.150	15
1	M	0.350	0.265	0.090	0.2255	0.0995	0.0485	0.070	7
2	F	0.530	0.420	0.135	0.6770	0.2565	0.1415	0.210	9
3	M	0.440	0.365	0.125	0.5160	0.2155	0.1140	0.155	10
4	I	0.330	0.255	0.080	0.2050	0.0895	0.0395	0.055	7

위의 Pandas 의 함수 말고, 아래에는 Python의 string methods 를 사용해서 파일을 열고, 파싱하는 간단한 사용자 정의함수를 직접 만들어보았습니다.

위의 abalone.txt 파일의 데이터 형태를 참고해서 파일 이름, 숫자형 변수의 개수, 숫자형 변수의 시작 위치, 숫자형 변수의 끝나는 위치, 라벨 변수의 우치를 인자로 받는 사용자 정의함수를 정의하였습니다. 분석을 하려는 각 데이터셋에 맞게 인자와 함수 code block 을 수정하면 좀더 유연하고 데이터 특성에 적합하게 파일을 불어올 수 있는 사용자 정의함수를 만들 수 있습니다. 

def file2matrix(filename, val_col_num, val_col_st_idx, val_col_end_idx, label_idx):
    """
    - filename: directory and file name
    - val_col_num: the number of columns which contains numeric values
    - val_col_st_idx: the index of starting column which contains numeric values
    - val_col_end_idx: the index of ending column which contains numeric values
    - label_idx: the index of label column
    """
    # open file
    file_opened = open(filename)
    lines_num = len(file_opened.readlines())
    
    # blank matrix and vector to store
    matrix_value = np.zeros((lines_num, val_col_num))
    vector_label = []
    
    # splits and appends value and label using for loop statement
    file_opened = open(filename)
    idx = 0
    for line in file_opened.readlines():
        # removes all whitespace in string
        line = line.strip()
        
        # splits string according to delimiter str
        list_from_line = line.split(sep=',')
        
        # appends value to matrix and label to vector
        matrix_value[idx, :] = list_from_line[val_col_st_idx : (val_col_end_idx+1)]
        vector_label.append(list_from_line[label_idx])
        idx += 1
        
    return matrix_value, vector_label

Python의 문자열 메소드 (string methods)는 https://rfriend.tistory.com/327 를 참고하세요. 

위의 file2matrix() 사용자 정의 함수를 사용하여 abalone.txt 파일을 읽어와서 (a) matrix_value, (b) vector_label 을 반환하여 보겠습니다. 

# run file2matrix() UDF
matrix_value, vector_label = file2matrix(os.path.join(path, 'abalone.txt'), 8, 1, 8, 0)

#--- matrix_value
# type
type(matrix_value)
numpy.ndarray

# shape
matrix_value.shape
(4177, 8)

# samples
matrix_value[:3]
array([[ 0.455 ,  0.365 ,  0.095 ,  0.514 ,  0.2245,  0.101 ,  0.15  , 15.    ],
       [ 0.35  ,  0.265 ,  0.09  ,  0.2255,  0.0995,  0.0485,  0.07  ,  7.    ],
       [ 0.53  ,  0.42  ,  0.135 ,  0.677 ,  0.2565,  0.1415,  0.21  ,  9.    ]])
       
#--- vector_label
# type
type(vector_label)
list

# number of labels
len(vector_label)
4177

# samples
vector_label[:3]
['M', 'M', 'F']

2-1. 숫자형 데이터를 표준화(Standardization) 하기

위의 숫자형 데이터로 이루어진 matrix_value 를 numpy를 이용해서 표준화, 정규화하는 사용자 정의함수를 작성해보겠습니다. (물론 scipy.stats 의 zscore() 나 sklearn.preprocessing 의 StandardScaler() 함수를 사용해도 됩니다.)

아래의 사용자 정의 함수는 숫자형 데이터로 이루어진 데이터셋을 인자로 받으면, 평균(mean)과 표준편차(standard deviation)를 구하고, standardized_value = (x - mean) / standard_deviation 으로 표준화를 합니다. 그리고 표준화한 matrix, 각 칼럼별 평균과 표준편차를 반환합니다. 

def standardize(numeric_dataset):

    # standardized_value = (x - mean)/ standard_deviation
    
    # calculate mean and standard deviation per numeric columns
    mean_val = numeric_dataset.mean(axis=0)
    std_dev_val = numeric_dataset.std(axis=0)
    
    # standardization
    matrix_standardized = (numeric_dataset - mean_val)/ std_dev_val
    
    return matrix_standardized, mean_val, std_dev_val

위의 standardize() 함수를 사용하여 matrix_value 다차원배열을 표준화해보겠습니다. 

# rund standardize() UDF
matrix_standardized, mean_val, std_dev_val = standardize(matrix_value)

# matrix after standardization
matrix_standardized
array([[-0.57455813, -0.43214879, -1.06442415, ..., -0.72621157,
        -0.63821689,  1.57154357],
       [-1.44898585, -1.439929  , -1.18397831, ..., -1.20522124,
        -1.21298732, -0.91001299],
       [ 0.05003309,  0.12213032, -0.10799087, ..., -0.35668983,
        -0.20713907, -0.28962385],
       ...,
       [ 0.6329849 ,  0.67640943,  1.56576738, ...,  0.97541324,
         0.49695471, -0.28962385],
       [ 0.84118198,  0.77718745,  0.25067161, ...,  0.73362741,
         0.41073914,  0.02057072],
       [ 1.54905203,  1.48263359,  1.32665906, ...,  1.78744868,
         1.84048058,  0.64095986]])
 
 # mean per columns
 mean_val
 array([0.5239921 , 0.40788125, 0.1395164 , 0.82874216, 0.35936749,
       0.18059361, 0.23883086, 9.93368446])
       
 # standard deviation per columns
 std_dev_val
 array([0.12007854, 0.09922799, 0.04182205, 0.49033031, 0.22193638,
       0.10960113, 0.13918601, 3.22378307])

2-2. 숫자형 데이터를 정규화(Normalization) 하기

다음으로 척도, 범위가 다른 숫자형 데이터를 [0, 1] 사이의 값으로 변환하는 정규화(Normalization)를 해보겠습니다. normalized_value = (x - minimum_value) / (maximum_value - minimum_value) 로 계산합니다. 

def normalize(numeric_dataset):
    
    # normalized_value = (x - minimum_value) / (maximum_value - minimum_value)
    
    # calculate mean and standard deviation per numeric columns
    min_val = numeric_dataset.min(axis=0)
    max_val = numeric_dataset.max(axis=0)
    ranges = max_val - min_val
    
    # normalization, min_max_scaling
    matrix_normalized = (numeric_dataset - min_val)/ ranges
    
    return matrix_normalized, ranges, min_val

위의 normalize() 사용자 정의 함수에 matrix_value 다차원배열을 적용해서 정규화 변환을 해보겠습니다. 정규화된 다차원배열과 범위(range = max_val - min_val), 최소값을 동시에 반환합니다. 

# run normalize() UDF
matrix_normalized, ranges, min_val = normalize(matrix_value)

# normalized matrix
matrix_normalized
array([[0.51351351, 0.5210084 , 0.0840708 , ..., 0.1323239 , 0.14798206,
        0.5       ],
       [0.37162162, 0.35294118, 0.07964602, ..., 0.06319947, 0.06826109,
        0.21428571],
       [0.61486486, 0.61344538, 0.11946903, ..., 0.18564845, 0.2077728 ,
        0.28571429],
       ...,
       [0.70945946, 0.70588235, 0.18141593, ..., 0.37788018, 0.30543099,
        0.28571429],
       [0.74324324, 0.72268908, 0.13274336, ..., 0.34298881, 0.29347285,
        0.32142857],
       [0.85810811, 0.84033613, 0.17256637, ..., 0.49506254, 0.49177877,
        0.39285714]])
        
# ranges
ranges
array([ 0.74  ,  0.595 ,  1.13  ,  2.8235,  1.487 ,  0.7595,  1.0035,  28.    ])

# minimum value
min_val
array([7.5e-02, 5.5e-02, 0.0e+00, 2.0e-03, 1.0e-03, 5.0e-04, 1.5e-03, 1.0e+00])

다음번 포스팅에서는 텍스트 파일을 파싱해서 One-Hot Encoding 하는 방법을 소개하겠습니다. 

많은 도움이 되었기를 바랍니다.