Python, pandas и решение трёх задач из мира Excel

Excel — это чрезвычайно распространённый инструмент для анализа данных. С ним легко научиться работать, есть он практически на каждом компьютере, а тот, кто его освоил, может с его помощью решать довольно сложные задачи. Python часто считают инструментом, возможности которого практически безграничны, но который освоить сложнее, чем Excel. Автор материала, перевод которого мы сегодня публикуем, хочет рассказать о решении с помощью Python трёх задач, которые обычно решают в Excel. Эта статья представляет собой нечто вроде введения в Python для тех, кто хорошо знает Excel.

Загрузка данных

Начнём с импорта Python-библиотеки pandas и с загрузки в датафреймы данных, которые хранятся на листах sales и states книги Excel. Такие же имена мы дадим и соответствующим датафреймам.

import pandas as pd
sales = pd.read_excel('https://github.com/datagy/mediumdata/raw/master/pythonexcel.xlsx', sheet_name = 'sales')
states = pd.read_excel('https://github.com/datagy/mediumdata/raw/master/pythonexcel.xlsx', sheet_name = 'states')

Теперь воспользуемся методом .head() датафрейма sales для того чтобы вывести элементы, находящиеся в начале датафрейма:

print(sales.head())

Сравним то, что будет выведено, с тем, что можно видеть в Excel.

Сравнение внешнего вида данных, выводимых в Excel, с внешним видом данных, выводимых из датафрейма pandas

Тут можно видеть, что результаты визуализации данных из датафрейма очень похожи на то, что можно видеть в Excel. Но тут имеются и некоторые очень важные различия:

• Нумерация строк в Excel начинается с 1, а в pandas номер (индекс) первой строки равняется 0.
• В Excel столбцы имеют буквенные обозначения, начинающиеся с буквы A, а в pandas названия столбцов соответствуют именам соответствующих переменных.

Продолжим исследование возможностей pandas, позволяющих решать задачи, которые обычно решают в Excel.

Реализация возможностей Excel-функции IF в Python

В Excel существует очень удобная функция IF, которая позволяет, например, записать что-либо в ячейку, основываясь на проверке того, что находится в другой ячейке. Предположим, нужно создать в Excel новый столбец, ячейки которого будут сообщать нам о том, превышают ли 500 значения, записанные в соответствующие ячейки столбца B. В Excel такому столбцу (в нашем случае это столбец E) можно назначить заголовок MoreThan500, записав соответствующий текст в ячейку E1. После этого, в ячейке E2, можно ввести следующее:

=IF([@Sales]>500, "Yes", "No")

Использование функции IF в Excel

Для того чтобы сделать то же самое с использованием pandas, можно воспользоваться списковым включением (list comprehension):

sales['MoreThan500'] = ['Yes' if x > 500 else 'No' for x in sales['Sales']]

Списковые включения в Python: если текущее значение больше 500 — в список попадает Yes, в противном случае — No

Списковые включения — это отличное средство для решения подобных задач, позволяющее упростить код за счёт уменьшения потребности в сложных конструкциях вида if/else. Ту же задачу можно решить и с помощью if/else, но предложенный подход экономит время и делает код немного чище. Подробности о списковых включениях можно найти здесь.

Реализация возможностей Excel-функции VLOOKUP в Python

В нашем наборе данных, на одном из листов Excel, есть названия городов, а на другом — названия штатов и провинций. Как узнать о том, где именно находится каждый город? Для этого подходит Excel-функция VLOOKUP, с помощью которой можно связать данные двух таблиц. Эта функция работает по принципу левого соединения, когда сохраняется каждая запись из набора данных, находящегося в левой части выражения. Применяя функцию VLOOKUP, мы предлагаем системе выполнить поиск определённого значения в заданном столбце указанного листа, а затем — вернуть значение, которое находится на заданное число столбцов правее найденного значения. Вот как это выглядит:

=VLOOKUP([@City],states,2,false)

Зададим на листе sales заголовок столбца F как State и воспользуемся функцией VLOOKUP для того чтобы заполнить ячейки этого столбца названиями штатов и провинций, в которых расположены города.

Использование функции VLOOKUP в Excel

В Python сделать то же самое можно, воспользовавшись методом merge из pandas. Он принимает два датафрейма и объединяет их. Для решения этой задачи нам понадобится следующий код:

sales = pd.merge(sales, states, how='left', on='City')

Разберём его:

1. Первый аргумент метода merge — это исходный датафрейм.
2. Второй аргумент — это датафрейм, в котором мы ищем значения.
3. Аргумент how указывает на то, как именно мы хотим соединить данные.
4. Аргумент on указывает на переменную, по которой нужно выполнить соединение (тут ещё можно использовать аргументы left_on и right_on, нужные в том случае, если интересующие нас данные в разных датафреймах названы по-разному).

Сводные таблицы

Сводные таблицы (Pivot Tables) — это одна из самых мощных возможностей Excel. Такие таблицы позволяют очень быстро извлекать ценные сведения из больших наборов данных. Создадим в Excel сводную таблицу, выводящую сведения о суммарных продажах по каждому городу.

Создание сводной таблицы в Excel

Как видите, для создания подобной таблицы достаточно перетащить поле City в раздел Rows, а поле Sales — в раздел Values. После этого Excel автоматически выведет суммарные продажи для каждого города.

Для того чтобы создать такую же сводную таблицу в pandas, нужно будет написать следующий код:

sales.pivot_table(index = 'City', values = 'Sales', aggfunc = 'sum')

Разберём его:

1. Здесь мы используем метод sales.pivot_table, сообщая pandas о том, что мы хотим создать сводную таблицу, основанную на датафрейме sales.
2. Аргумент index указывает на столбец, по которому мы хотим агрегировать данные.
3. Аргумент values указывает на то, какие значения мы собираемся агрегировать.
4. Аргумент aggfunc задаёт функцию, которую мы хотим использовать при обработке значений (тут ещё можно воспользоваться функциями mean, max, min и так далее).

Итоги

Из этого материала вы узнали о том, как импортировать Excel-данные в pandas, о том, как реализовать средствами Python и pandas возможности Excel-функций IF и VLOOKUP, а также о том, как воспроизвести средствами pandas функционал сводных таблиц Excel. Возможно, сейчас вы задаётесь вопросом о том, зачем вам пользоваться pandas, если то же самое можно сделать и в Excel. На этот вопрос нет однозначного ответа. Python позволяет создавать код, который поддаётся тонкой настройке и глубокому исследованию. Такой код можно использовать многократно. Средствами Python можно описывать очень сложные схемы анализа данных. А возможностей Excel, вероятно, достаточно лишь для менее масштабных исследований данных. Если вы до этого момента пользовались только Excel — рекомендую испытать Python и pandas, и узнать о том, что у вас из этого получится.

А какие инструменты вы используете для анализа данных?

Напоминаем, что у нас продолжается конкурс прогнозов, в котором можно выиграть новенький iPhone. Еще есть время ворваться в него, и сделать максимально точный прогноз по злободневным величинам.