Pandas入門|04.データフレーム (DataFrame) とは|データフレーム作成、インデックスやカラムの変更方法、データ操作【Python必須ライブラリPandasを初心者にわかりやすく解説】

はじめに

こんにちは。キノコードです。
Pandas入門|04.データフレーム (DataFrame) とは|データフレーム作成、インデックスやカラムの変更方法、データ操作【Python必須ライブラリPandasを初心者にわかりやすく解説】」を説明します。

データフレームは、Pandasのスタート地点であり、ベースになる部分です。
というのも、例えば、Pandasの得意なデータ解析は、データを取得して、取得したデータをグループごとに集めたり、並び替えたり、グラフにするというプロセスを経ます。
データフレームは、その最初のデータを取得し、データを作るパートです。
そのため、データ分析のスタートでありベースとなる部分です。
また、データフレームは、エクセルの表形式のように、行と列で成り立っています。
他にも、データベースも表形式です。エクセルやデータベースを読み込むPandasのデータフレームは非常によく使われます。
したがって、データフレームは、重要な部分です。
初心者の方が理解できるように丁寧な説明を心がけました。
最後に確認問題もあるのでぜひトライしてみてください。
キノコードでは、pythonの入門コース、Pandas超入門コースの他に、データ可視化のmatplotlibや人工知能のレッスンもアップしていく予定です。
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それではパソコン画面に切り替えてレッスンを進めていきます。

データフレームとは

データフレームについて、動画の最初の方でふれましたが、もう少し詳しく説明していきます。
データフレームとは、ラベル付きニ次元配列のことです。

配列とは、データの集まりのことです。
配列が1つなら、1次元配列です。
1行にたくさん数字があるだけです。つまり、横に広がるだけです。
一方、二次元になるとと、縦に広がっていきます。
つまり、二次元配列とは、横と縦にデータが集まっていることになります。
Pythonでは、配列のことをリストといいます。
リストが1つある状態は1次元配列です。
2つある状態が2次元配列です。
では、3つできた場合は3次元でしょうか?
この場合も2次元です。
なぜなら、角括弧が2つです。
行と列で表すなら、このような感じです。
3次元の場合は、奥行きです。
さて話を戻して、データフレームは、2次元の配列です。
横のことを列、縦のことを行といいます。
つまり、データフレームは、エクセルの表のように、行と列で成り立っているイメージです。
行には行名であるインデックス、列名であるカラムがあります。2次元の配列だけではなく行名や列名を付けられることが、ラベル付き配列の「ラベル」である理由です。
そして、インデックスとカラムの他に、データ部分があります。
つまり、データフレームはインデックスとカラムとデータ部分の3つから成り立っています。
なお、データフレームから列を取り出すとシリーズというものになります。
逆の言い方をすると、データフレームはシリーズの集まりとも言えます。
シリーズとは、ラベル付き一次元配列のことです。
シリーズについては、次回のレッスンで詳しく説明します。
それでは、実際に作成してどのようなものか見てみましょう。

データフレーム作成方法

データフレームの作成方法はいくつかあります。
このレッスンでは、3つの作成方法を紹介します。
1つ目は、リスト型の値を持った配列を使う方法です。

Pandasインストール

まず、Pandasをインポートしてから始めます。
import pandas as pd
「as」は、ライブラリ名を好きな名前で使うことができます。
したがって、この記述により「pandas」を「pd」という名前で使うことができます。
それでは実行します。インポートされました。

2次元リストを使った作成方法

それでは、データフレームを作っていきましょう。
データフレームの完成イメージは、このようになります。
インデックス名を「idx01~03」、カラム名を「col01~03」にします。
データの部分を、1行目は「1~3」、2行目は「4~6」、3行目は「7~9」にします。
それでは、コードをみていきましょう。
「df」という変数を書きます。
次に、イコール、pd、ドット、DataFrameを書きます。
そして、引数に2次元のリストを書いて、カラム名、インデックス名を書いていきます。
2次元のリスト部分は、リストの中にリストを作るイメージです。
外側のリストを書いて、内側のリストに「1~3」、「4~6」、「7~9」のようなリストを3つ書きます。
リストの作り方については、「Python超入門コース リスト」をご覧ください。右上にカードがでているはずです。
次に、カンマを書いて、カラム名を指定していきます。
まず、「columns」を書いて、イコール、カラム名のリストを書きます。
カラム名は、「col01~03」とします。
最後に、カンマを書いて、インデックス名を指定していきます。
イコール、インデックス名のリストを書きます。
インデックス名は、「idx01~03」とします。
これで、データフレームができました。
それでは、中身をみてみましょう。
スライドと同じデータフレームができました。

NumPyインストール

df = pd.DataFrame(np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]),
columns=[‘col01’, ‘col02’, ‘col03’],
index=[‘idx01’, ‘idx02’, ‘idx03’])
df
2つ目に、NumPyの配列を使ったデータフレームの作成方法をみていきます。
import numpy as np
まず、NumPyをインポートしてから始めます。
NumPyとは、Pythonのライブラリです。
NumPyとは、高速にリストの計算をするためのライブラリのことです。
このNumPyをもとにデータフレームを作ることができます。
ここでも「as」を書いて、「numpy」を「np」という名前で使えるようにします。
それでは実行します。インポートされました。

NumPy配列を使った作成方法

NumPy配列を使った作成方法

最初の10行とってくる

df_population_data.head()
データフレームの最初の5行だけをみたい場合はheadメソッドを使います。
変数(df_population_data)のあとに、ドットを書いて、headメソッドを書きます。
実行してみましょう。
最初の5件を表示しました。
df_population_data.head(10)
headメソッドはデフォルトが5になっています。
10行表示させたい場合は、丸括弧の中に10と記述します。
実行してみます。10行だけ表示できました。
df_population_data.tail(10)
最後の10行だけ表示させたい場合は、tailメソッドです。
最後の10行だけ表示できました。

インデックス、カラム参照

df.index
次に、インデックスやカラムの値を取得する方法を説明します。
それでは、インデックスの値を取得してみましょう。
まず、df、ドット、indexを書きます。
実行します。インデックスの値が表示されました。
dtypeというものがありますね。これは、データ型を表しています。
object型ということになります。
df.columns
次に、カラムの値を参照してみましょう。
まず、df、ドット、columnsを書きます。
実行します。カラムの値が表示されました。
カラムもobject型になります。

辞書型を使った作成方法

df = pd.DataFrame({‘col01’:[1, 2, 3], ‘col02’:[4, 5, 6], ‘col03’:[7, 8, 9]})
df
3つ目に、辞書型を使ったデータフレーム作成方法をみていきます。
まず、df、イコール、ドット、DataFrameを書きます。
次に、辞書型を使って書いていきます。
波括弧を書いて、シングルクォーテーション、カラム名の「col1」、コロン、「1~3」のリストを書きます。
次に、カンマを書いて、シングルクォーテーション、カラム名の「col2」、コロン、「4~6」のリストを書きます。
最後に、カンマを書いて、シングルクォーテーション、カラム名の「col3」、コロン、「7~9」のリストを書きます。
それでは、実行してみます。
データフレームができました。
df = pd.DataFrame({‘col01’:[1, 2, 3], ‘col02’:[4, 5, 6], ‘col03’:[7, 8, 9]})
df.index = [‘idx01’, ‘idx02’, ‘idx03’]
df
インデックス名が設定されてません。
インデックスは後から設定できます。
それでは、インデックスを設定します。
まず、df、ドット、index、イコール、インデックス名のリストを書きます。
実行してみます。
インデックス名が追加されました。
df = pd.DataFrame({‘col01’:[1, 2, 3], ‘col02’:[4, 5, 6], ‘col03’:[7, 8, 9]}
,index=[‘idx01’, ‘idx02’, ‘idx03’])
df
データフレームを作ってから、インデックスを追加してきました。
今度は、データフレームを作るときに、インデックスをつけることもできます。
まず、先ほど書いたインデックスを設定しないで作成するコードを書きます。
次に、カンマを書いて、index、イコール、インデックス名のリストを書きます。
それでは、実行してみます。
最初からインデックスが設定されています。
データフレームの作り方は、分かりましたでしょうか。
Pandasはデータフレームをよく使うので、動画を繰り返し確認して覚えてくださいね。

カラム、インデックスの操作

df = pd.DataFrame([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
df
それでは、カラムとインデックスの操作について説明します。
まず、リストを使い、カラムとインデックスを指定しないでデータフレームを作ります。
df、イコール、pd、ドット、DataFrameを書きます。
次に、引数に2次元のリストを書きます。
それでは、実行してみます。
カラムもインデックスも設定されていません。
df.columns=[‘col01′,’col02′,’col03’]
次に、カラムとインデックスを設定していきましょう。
まず、カラムを設定していきます。
df、ドット、イコール、カラム名のリストを書きます。
df.index=[‘idx01′,’idx02′,’idx03’]
つぎに、インデックスを設定していきます。
df、ドット、イコール、インデックス名のリストを書きます。
実行してみましょう。
カラムとインデックスが設定されました。
df.columns=[‘col04′,’col05′,’col06’]
次に、カラム名を変更していきます。
df、ドット、イコール、新しいカラム名のリストを書きます。
あとからカラムを追加するやりかたと一緒ですね。
では、実行してみます。
カラム名が変わりました。

renameメソッドでカラム名変更

df = df.rename(columns={‘col04’: ‘x’})
次に、renameメソッドを使って、カラム名の一部を変更します。
renameメソッドは、行名・列名を変更することができます。
今回は、「col04」を「x」に変更します。
まず、df、イコール、df、ドット、renameを書きます。
次に、引数の中にカラムやインデックスをしています。
そして、columns、イコール、辞書型で元の値と新しい値を指定します。
最後に、変更する値(col04)、コロン、新しい値(x)を書きます。
それでは、実行してみます。
カラム名が変わりました。
df = df.rename(columns={‘col05’: ‘y’,’col06′: ‘z’})
次に、同時に2つのカラムを変更します。
今回は、「col05」を「y」に、「col06」を「z」に変更していきます。
先ほどと同じように、df、イコール、df、ドット、renameを書きます。
引数の中に、columns、イコール、辞書型で元の値と新しい値を指定します。
それでは、実行していきます。
カラム名が変更されました。

renameメソッドでインデックス名変更

df = df.rename(index={‘idx01’: ‘w’})
次に、インデックス名を変更していきます。
今回は、「idx01」を「w」に変更していきます。
これも先ほどと同様に、df、イコール、df、ドット、renameを書きます。
引数の中に、index、イコール、辞書型で元の値と新しい値を指定します。
それでは、実行していきます。
インデックス名が変更されました。

列取得

df[‘x’]
次に、列名を取得する方法を説明していきます。
データフレームから列名を指定して、シリーズとして「x」列を取得します。
dfを書いて、角括弧、シングルクォーテーション、「x」を書きます。
それでは、実行します。
列の値、列名、データ型が表示されました。
データ型については、「Python超入門コース データ型」をご覧ください。
ちなみに、このデータ型は、列xのデータ部分のデータ型です。
DataFrameは、1列取り出すとSeriesになるとお伝えしました。
データ型を確認してみましょう。
type(df[‘x’])
データ型を知りたい場合は、知りたいデータを丸括弧で括ってtypeです。
実行してみます。
seriesとなっています。
df[[‘x’]]
次に、列名を指定してデータフレームとして取得する方法を説明します。
dfを書いて、角括弧を2回書きます。
次に、シングルクォーテーション、「x」を書きます。
実行してみましょう。
データフレームがとして取得することができました。
type(df[[‘x’]])
こちらもデータ型を確認してみます。
DataFrameになっています。

locで行取得

df.loc[‘w’]
次に、locを使って、行や列を取得する方法をみていきます。
locは、行名や列名を指定して、行や列を取得します。
それでは、行を取得していきます。
一番最初で作ったデータフレームをもう一度作成します。
df、loc、角括弧、シングルクォーテーション、「x」を書きます。
実行してみます。
行を取得することができました。

locで行と列を指定して取得

df.loc[‘w’,’z’]
次に、行と列を指定して、値を取得していきます。
locの角括弧内は、最初に行、最後に列を指定します。
それでは、行に「w」、列に「z」を指定します。
df、loc、角括弧、シングルクォーテーション、「x」、カンマ、シングルクォーテーション、「z」を書きます。
実行してみましょう。
「3」が取得できました。

locで列取得

df.loc[:,’x’]
次に、列を取得します。
「x」列を指定して値を取得します。
df、loc、角括弧、シングルクォーテーション、コロン、カンマ、シングルクォーテーション、「x」を書きます。
コロンは、全部という意味で列を指定するときに使います。
実行してみましょう。
列を取得することができました。
df.iloc[:,0]
次に、loc、ilocを使って、行や列を取得します。
ilocは、行の番号や列の番号を指定して、行や列を取得します。
「x」列を指定して値を取得します。
df、iloc、角括弧、コロン、カンマ、「0」を書きます。
実行してみます。
列を取得することができました。

locでデータ操作

df = pd.DataFrame({‘col01’:[1, 2, 3],
‘col02’:[4, 5, 6],
‘col03’:[7, 8, 9]}
,index=[‘idx01’, ‘idx02’, ‘idx03’])
次に、データの操作について説明していきます。
まず、データフレームを作ります。
まず、インデックス名を「idx01~03」、カラム名を「col01~03」、データの部分を1行目は「1~3」、2行目は「4~6」、3行目は「7~9」のデータフレームを作ります。
df.loc[‘idx03′,’col02’]
まず、「idx03」行、「col02」列を指定して値を取得します。
df、loc、角括弧、シングルクォーテーション、行名、カンマ、シングルクォーテーション、列名を書きます。
実行してみます。
6が取得できました。
df.loc[‘idx03′,’col02’]=100
df.loc[‘idx03′,’col02’]
次に、locを使って、データフレームの指定したところのデータを変更していきます。
先ほど取得した値を100に変更します。
df、loc、角括弧、シングルクォーテーション、行名、カンマ、シングルクォーテーション、列名を書きます。
次に、イコール、100を書きます。
実行してみます。
100が取得できました。

複数のデータ変更

df.loc[:,’col03′]=[‘Tokyo’,’Osaka’,’Hokkaido’]
次に、一度に複数の値を変更していきます。
一度に変更したいときは、値はリスト型にします。
それでは、「col03」列を全て都道府県名に変えます。
df、loc、角括弧、シングルクォーテーション、コロン、カンマ、シングルクォーテーション、列名を書きます。
次に、イコール、都道府県名のリストを書きます。
実行してみましょう。
複数の値が変更することができました。

スライスを使ってデータ取得

df.loc[:,’col02′:’col03′]
次に、スライスを使って、2列目から3列目を取得してみます。
スライスとは、リストや辞書型のようなデータが順番に並べられたものを取り出したいときに使う操作です。
このスライスで2列目から3列目を取り出します。
df、loc、角括弧、シングルクォーテーション、コロン、カンマ、2列目の列名、コロン、3列目の列名を書きます。
実行してみましょう。
2列目から3列目を取得できました。
df.iloc[:,1:3]
次に、ilocを使って、先ほどと同じように2列目から3列目を取得してみます。
df、ドット、iloc、角括弧を書きます。
次に、行を指定するところにコロン、カンマを書きます。
最後に、列を指定するところに、1、コロン、3を書きます。
「1、コロン、3」の3は含まれないので、1と2ということになります。
列は、先頭から0、1、2と数えます。
したがって、2列目と3列目が取得できます。
実行してみましょう。
先ほどと同じように2列目から3列目が取得できました。

get_locメソッドで行番号取得

df.index.get_loc(‘idx03’)
次に、get_locメソッドを使って、行番号を取得します。
「idx03」の行番号2を取得します。
df、ドット、index、ドット、get_locを書きます。
get_locメソッドの引数に行名を入れると、行番号が取得できます。
引数に、シングルクォーテーション、行名を書きます。
実行してみます。
2を取得することができました。
df.columns.get_loc(‘col02’)
次に、get_locメソッドを使って、列番号を取得します。
「col02」の列番号1を取得します。
df、ドット、columns、ドット、get_locを書きます。
get_locメソッドの引数に列名を入れると、列番号が取得できます。
引数に、シングルクォーテーション、列名を書きます。
実行してみます。
1を取得することができました。
df.iloc[df.index.get_loc(‘idx03’),df.columns.get_loc(‘col02’)]=1000
df
次に、先ほど説明した行番号と列番号を使って、ilocでデータを変更してみましょう。
2行目と1列目のデータを1000に変更してみます。
df、iloc、角括弧を書きます。
次に、get_locメソッドで行番号を取得した記述、カンマ、get_locメソッドで列番号を取得した記述を書きます。
最後に、イコール、1000を書きます。
それでは、実行してみましょう。
2行目と1列目のデータが1000に変更されました。

データ型を調べる

df.dtypes
次に、列ごとのデータ部分のデータ型を調べる方法を説明します。
dtypesを使うと、列ごとにデータ型を調べることができます。
データを操作しているときに、データ型が違ってエラーになることがあります。
dtypesは、よく使うので覚えておきましょう。
df、ドット、dtypesを書きます。
実行してみます。
それぞれのデータ型が表示されました。

行数・列数取得

df.shape
次に、行数・列数を取得する方法を説明します。
shapeを使うと、行数と列数をまとめて取得することができます。
df、ドット、shapeを書きます。
実行してみます。
行数と列数が取得できました。

行と列を入れ替え

df = df.T
df
最後に、行と列を入れ替える方法を説明します。
データフレームのT属性を使って、行と列を入れ替えます。
df、ドット、大文字のTを書きます。
実行してみましょう。
行と列が入れ替わりました。

確認問題

最後に確認問題をやっていきましょう。

df = pd.DataFrame({‘col01’:[1, 2, 3], ‘col02’:[4, 5, 6], ‘col03’:[7, 8, 9]}
,index=[‘idx01’, ‘idx02’, ‘idx03’])
df

こちらのデータフレームを操作してみましょう。
①カラムの値を取得してください。
②「idx03」を「idx04」に変更してください。
③「col01」列をシリーズで取得してください。
④ilocを使って、1列目を取得してください。
⑤locとスライスを使って、1列目から2列目を取得してください。
⑥データフレームの各列のデータ型を調べてください。
一旦、動画を止めて記述してみてください。
答え合わせです。
①df.columns
②df = df.rename(index={‘idx03’: ‘idx04’})
 df
③df[‘col01’]
④df.iloc[:, 0]
⑤df.loc[:,’col01′:’col02′]
⑥df.dtypes
みなさん、いかがでしたでしょうか。
データフレームは理解できましたでしょうか。
データフレームには、作り方や操作方法などがたくさんあるので、慣れるまで大変かもしれません。
でも、使いこなしていくうちに必ず使えるようになります。
まずは、繰り返し動画をみて、習得していきましょう。
キノコードでは、
キノコードでは、pythonやPandasの他に、データ可視化のmatplotlibや人工知能のレッスンもアップしていく予定です。
気に入ってくださった方は、チャンネル登録をお願いします。
それでは、次回のレッスンでお会いしましょう。

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