Как развернуть (взорвать) столбец в панде DataFrame?

У меня есть следующий DataFrame, где один из столбцов является объектом (ячейка типа списка):

df=pd.DataFrame({'A':[1,2],'B':[[1,2],[1,2]]})
df
Out[458]: 
   A       B
0  1  [1, 2]
1  2  [1, 2]

Мой ожидаемый результат:

   A  B
0  1  1
1  1  2
3  2  1
4  2  2

Что я должен сделать, чтобы достичь этого?

Связанный вопрос

Панды: Когда содержимое ячейки является списком, создайте строку для каждого элемента в списке

Хороший вопрос и ответ, но обрабатывать только один столбец со списком (В моем ответе функция само-определение будет работать на несколько столбцов, а также принятый ответ использует больше всего времени apply, что не рекомендуется, проверить больше информации Когда я должен когда - либо хотите использовать панды apply() в моем коде?)

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Как пользователь с R и python, я видел этот тип вопросов пару раз.

В R они имеют встроенную функцию из пакета tidyr, которая называется unnest. Но в Python (pandas) нет встроенной функции для этого типа вопроса.

Я знаю, что столбцы object type всегда затрудняют преобразование данных с помощью функции pandas. Когда я получил такие данные, первое, что пришло в голову, это "сгладить" или развернуть столбцы.

Я использую функции pandas и python для этого типа вопроса. Если вас беспокоит скорость вышеупомянутых решений, проверьте ответ пользователя user3483203, поскольку он использует numpy и большую часть времени numpy работает быстрее. Я рекомендую Cpython и numba, если скорость имеет значение в вашем случае.

Метод 0 [pandas> = 0,25]
Начиная с панды 0.25, если вам нужно взорвать только один столбец, вы можете использовать функцию explode:

df.explode('B')

       A  B
    0  1  1
    1  1  2
    0  2  1
    1  2  2

Метод 1
apply + pd.Series (легко понять, но с точки зрения производительности не рекомендуется.)

df.set_index('A').B.apply(pd.Series).stack().reset_index(level=0).rename(columns={0:'B'})
Out[463]: 
   A  B
0  1  1
1  1  2
0  2  1
1  2  2

Метод 2
Используя repeat с конструктором DataFrame, воссоздайте свой фрейм данных (хорошо работает, плохо работает с несколькими столбцами)

df=pd.DataFrame({'A':df.A.repeat(df.B.str.len()),'B':np.concatenate(df.B.values)})
df
Out[465]: 
   A  B
0  1  1
0  1  2
1  2  1
1  2  2

Метод 2.1
например, кроме A у нас есть A.1..... A.n. Если мы все еще будем использовать метод (Метод 2), описанный выше, нам будет трудно заново создать столбцы один за другим.

Решение: join или merge с index после "удаления" отдельных столбцов

s=pd.DataFrame({'B':np.concatenate(df.B.values)},index=df.index.repeat(df.B.str.len()))
s.join(df.drop('B',1),how='left')
Out[477]: 
   B  A
0  1  1
0  2  1
1  1  2
1  2  2

Если вам нужен порядок столбцов, такой же, как прежде, добавьте reindex в конце. 

s.join(df.drop('B',1),how='left').reindex(columns=df.columns)

Метод 3
воссоздать list

pd.DataFrame([[x] + [z] for x, y in df.values for z in y],columns=df.columns)
Out[488]: 
   A  B
0  1  1
1  1  2
2  2  1
3  2  2

Если больше двух столбцов, используйте

s=pd.DataFrame([[x] + [z] for x, y in zip(df.index,df.B) for z in y])
s.merge(df,left_on=0,right_index=True)
Out[491]: 
   0  1  A       B
0  0  1  1  [1, 2]
1  0  2  1  [1, 2]
2  1  1  2  [1, 2]
3  1  2  2  [1, 2]

Метод 4
используя reindex или loc

df.reindex(df.index.repeat(df.B.str.len())).assign(B=np.concatenate(df.B.values))
Out[554]: 
   A  B
0  1  1
0  1  2
1  2  1
1  2  2

#df.loc[df.index.repeat(df.B.str.len())].assign(B=np.concatenate(df.B.values))

Метод 5
когда список содержит только уникальные значения:

df=pd.DataFrame({'A':[1,2],'B':[[1,2],[3,4]]})
from collections import ChainMap
d = dict(ChainMap(*map(dict.fromkeys, df['B'], df['A'])))
pd.DataFrame(list(d.items()),columns=df.columns[::-1])
Out[574]: 
   B  A
0  1  1
1  2  1
2  3  2
3  4  2

Метод 6
используя numpy для высокой производительности:

newvalues=np.dstack((np.repeat(df.A.values,list(map(len,df.B.values))),np.concatenate(df.B.values)))
pd.DataFrame(data=newvalues[0],columns=df.columns)
   A  B
0  1  1
1  1  2
2  2  1
3  2  2

Метод 7
используя базовую функцию itertools cycle и chain: решение Pure Python просто для удовольствия

from itertools import cycle,chain
l=df.values.tolist()
l1=[list(zip([x[0]], cycle(x[1])) if len([x[0]]) > len(x[1]) else list(zip(cycle([x[0]]), x[1]))) for x in l]
pd.DataFrame(list(chain.from_iterable(l1)),columns=df.columns)
   A  B
0  1  1
1  1  2
2  2  1
3  2  2

Обобщение на несколько столбцов

df=pd.DataFrame({'A':[1,2],'B':[[1,2],[3,4]],'C':[[1,2],[3,4]]})
df
Out[592]: 
   A       B       C
0  1  [1, 2]  [1, 2]
1  2  [3, 4]  [3, 4]

Функция самоопределения:

def unnesting(df, explode):
    idx = df.index.repeat(df[explode[0]].str.len())
    df1 = pd.concat([
        pd.DataFrame({x: np.concatenate(df[x].values)}) for x in explode], axis=1)
    df1.index = idx

    return df1.join(df.drop(explode, 1), how='left')


unnesting(df,['B','C'])
Out[609]: 
   B  C  A
0  1  1  1
0  2  2  1
1  3  3  2
1  4  4  2

По столбцам Unnesting

Все вышеперечисленные методы говорят о вертикальном развертывании и развертывании. Если вам нужно израсходовать список по горизонтали, обратитесь к конструктору pd.DataFrame

df.join(pd.DataFrame(df.B.tolist(),index=df.index).add_prefix('B_'))
Out[33]: 
   A       B       C  B_0  B_1
0  1  [1, 2]  [1, 2]    1    2
1  2  [3, 4]  [3, 4]    3    4

Обновленная функция

def unnesting(df, explode, axis):
    if axis==1:
        idx = df.index.repeat(df[explode[0]].str.len())
        df1 = pd.concat([
            pd.DataFrame({x: np.concatenate(df[x].values)}) for x in explode], axis=1)
        df1.index = idx

        return df1.join(df.drop(explode, 1), how='left')
    else :
        df1 = pd.concat([
                         pd.DataFrame(df[x].tolist(), index=df.index).add_prefix(x) for x in explode], axis=1)
        return df1.join(df.drop(explode, 1), how='left')

Тестовый вывод

unnesting(df, ['B','C'], axis=0)
Out[36]: 
   B0  B1  C0  C1  A
0   1   2   1   2  1
1   3   4   3   4  2

Ответ 2

Опция 1

Если все подписи в другом столбце имеют одинаковую длину, здесь может быть эффективный вариант numpy:

vals = np.array(df.B.values.tolist())    
a = np.repeat(df.A, vals.shape[1])

pd.DataFrame(np.column_stack((a, vals.ravel())), columns=df.columns)


   A  B
0  1  1
1  1  2
2  2  1
3  2  2

Вариант 2

Если подсписчики имеют разную длину, вам нужен дополнительный шаг:

vals = df.B.values.tolist()
rs = [len(r) for r in vals]    
a = np.repeat(df.A, rs)

pd.DataFrame(np.column_stack((a, np.concatenate(vals))), columns=df.columns)


   A  B
0  1  1
1  1  2
2  2  1
3  2  2

Вариант 3

Я сделал попытку обобщить это, чтобы работать, чтобы сгладить N столбцов и столбцов M плитки M, я буду работать позже, делая его более эффективным:

df = pd.DataFrame({'A': [1,2,3], 'B': [[1,2], [1,2,3], [1]],
                   'C': [[1,2,3], [1,2], [1,2]], 'D': ['A', 'B', 'C']})


   A          B          C  D
0  1     [1, 2]  [1, 2, 3]  A
1  2  [1, 2, 3]     [1, 2]  B
2  3        [1]     [1, 2]  C


def unnest(df, tile, explode):
    vals = df[explode].sum(1)
    rs = [len(r) for r in vals]
    a = np.repeat(df[tile].values, rs, axis=0)
    b = np.concatenate(vals.values)
    d = np.column_stack((a, b))
    return pd.DataFrame(d, columns = tile +  ['_'.join(explode)])

unnest(df, ['A', 'D'], ['B', 'C'])


    A  D B_C
0   1  A   1
1   1  A   2
2   1  A   1
3   1  A   2
4   1  A   3
5   2  B   1
6   2  B   2
7   2  B   3
8   2  B   1
9   2  B   2
10  3  C   1
11  3  C   1
12  3  C   2

функции

def wen1(df):
    return df.set_index('A').B.apply(pd.Series).stack().reset_index(level=0).rename(columns={0: 'B'})

def wen2(df):
    return pd.DataFrame({'A':df.A.repeat(df.B.str.len()),'B':np.concatenate(df.B.values)})

def wen3(df):
    s = pd.DataFrame({'B': np.concatenate(df.B.values)}, index=df.index.repeat(df.B.str.len()))
    return s.join(df.drop('B', 1), how='left')

def wen4(df):
    return pd.DataFrame([[x] + [z] for x, y in df.values for z in y],columns=df.columns)

def chris1(df):
    vals = np.array(df.B.values.tolist())
    a = np.repeat(df.A, vals.shape[1])
    return pd.DataFrame(np.column_stack((a, vals.ravel())), columns=df.columns)

def chris2(df):
    vals = df.B.values.tolist()
    rs = [len(r) for r in vals]
    a = np.repeat(df.A.values, rs)
    return pd.DataFrame(np.column_stack((a, np.concatenate(vals))), columns=df.columns)

Задержки

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from timeit import timeit

res = pd.DataFrame(
       index=['wen1', 'wen2', 'wen3', 'wen4', 'chris1', 'chris2'],
       columns=[10, 50, 100, 500, 1000, 5000, 10000],
       dtype=float
)

for f in res.index:
    for c in res.columns:
        df = pd.DataFrame({'A': [1, 2], 'B': [[1, 2], [1, 2]]})
        df = pd.concat([df]*c)
        stmt = '{}(df)'.format(f)
        setp = 'from __main__ import df, {}'.format(f)
        res.at[f, c] = timeit(stmt, setp, number=50)

ax = res.div(res.min()).T.plot(loglog=True)
ax.set_xlabel("N")
ax.set_ylabel("time (relative)")

Спектакль

enter image description here

Ответ 3

Один из вариантов заключается в том, чтобы применить рецепт meshgrid по строкам столбцов к unsest:

import numpy as np
import pandas as pd


def unnest(frame, explode):
    def mesh(values):
        return np.array(np.meshgrid(*values)).T.reshape(-1, len(values))

    data = np.vstack(mesh(row) for row in frame[explode].values)
    return pd.DataFrame(data=data, columns=explode)


df = pd.DataFrame({'A': [1, 2], 'B': [[1, 2], [1, 2]]})
print(unnest(df, ['A', 'B']))  # base
print()

df = pd.DataFrame({'A': [1, 2], 'B': [[1, 2], [3, 4]], 'C': [[1, 2], [3, 4]]})
print(unnest(df, ['A', 'B', 'C']))  # multiple columns
print()

df = pd.DataFrame({'A': [1, 2, 3], 'B': [[1, 2], [1, 2, 3], [1]],
                   'C': [[1, 2, 3], [1, 2], [1, 2]], 'D': ['A', 'B', 'C']})

print(unnest(df, ['A', 'B']))  # uneven length lists
print()
print(unnest(df, ['D', 'B']))  # different types
print()

Выход

   A  B
0  1  1
1  1  2
2  2  1
3  2  2

   A  B  C
0  1  1  1
1  1  2  1
2  1  1  2
3  1  2  2
4  2  3  3
5  2  4  3
6  2  3  4
7  2  4  4

   A  B
0  1  1
1  1  2
2  2  1
3  2  2
4  2  3
5  3  1

   D  B
0  A  1
1  A  2
2  B  1
3  B  2
4  B  3
5  C  1

Ответ 4

Развертывание подобного списку столбца было значительно упрощено в пандах 0.25 с добавлением метода explode():

df = pd.DataFrame({'A': [1, 2], 'B': [[1, 2], [1, 2]]})
df.explode('B')

Выход:

   A  B
0  1  1
0  1  2
1  2  1
1  2  2

Ответ 5

Мои 5 центов:

df[['B', 'B2']] = pd.DataFrame(df['B'].values.tolist())

df[['A', 'B']].append(df[['A', 'B2']].rename(columns={'B2': 'B'}),
                      ignore_index=True)

и еще 5

df[['B1', 'B2']] = pd.DataFrame([*df['B']]) # if values.tolist() is too boring

(pd.wide_to_long(df.drop('B', 1), 'B', 'A', '')
 .reset_index(level=1, drop=True)
 .reset_index())

оба приводят к тому же

   A  B
0  1  1
1  2  1
2  1  2
3  2  2

Ответ 6

Поскольку обычно длина подсписка различна, а объединение/слияние намного дороже в вычислительном отношении. Я перепроверил метод для подлиста разной длины и более нормальных столбцов.

MultiIndex также должен быть более простым способом написания и иметь почти те же характеристики, что и простой.

Удивительно, но в моей реализации способ понимания имеет лучшую производительность.

def stack(df):
    return df.set_index(['A', 'C']).B.apply(pd.Series).stack()


def comprehension(df):
    return pd.DataFrame([x + [z] for x, y in zip(df[['A', 'C']].values.tolist(), df.B) for z in y])


def multiindex(df):
    return pd.DataFrame(np.concatenate(df.B.values), index=df.set_index(['A', 'C']).index.repeat(df.B.str.len()))


def array(df):
    return pd.DataFrame(
        np.column_stack((
            np.repeat(df[['A', 'C']].values, df.B.str.len(), axis=0),
            np.concatenate(df.B.values)
        ))
    )


import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from timeit import timeit

res = pd.DataFrame(
    index=[
        'stack',
        'comprehension',
        'multiindex',
        'array',
    ],
    columns=[1000, 2000, 5000, 10000, 20000, 50000],
    dtype=float
)

for f in res.index:
    for c in res.columns:
        df = pd.DataFrame({'A': list('abc'), 'C': list('def'), 'B': [['g', 'h', 'i'], ['j', 'k'], ['l']]})
        df = pd.concat([df] * c)
        stmt = '{}(df)'.format(f)
        setp = 'from __main__ import df, {}'.format(f)
        res.at[f, c] = timeit(stmt, setp, number=20)

ax = res.div(res.min()).T.plot(loglog=True)
ax.set_xlabel("N")
ax.set_ylabel("time (relative)")

Спектакль

Относительное время каждого метода

Ответ 7

Что-то довольно не рекомендуется (по крайней мере, работа в этом случае):

df=pd.concat([df]*2).sort_index()
it=iter(df['B'].tolist()[0]+df['B'].tolist()[0])
df['B']=df['B'].apply(lambda x:next(it))

concat + sort_index + iter + apply + next.

Сейчас:

print(df)

Является:

   A  B
0  1  1
0  1  2
1  2  1
1  2  2

Если уход за индексом:

df=df.reset_index(drop=True)

Сейчас:

print(df)

Является:

   A  B
0  1  1
1  1  2
2  2  1
3  2  2

Ответ 8

df=pd.DataFrame({'A':[1,2],'B':[[1,2],[1,2]]})

pd.concat([df['A'], pd.DataFrame(df['B'].values.tolist())], axis = 1)\
  .melt(id_vars = 'A', value_name = 'B')\
  .dropna()\
  .drop('variable', axis = 1)

    A   B
0   1   1
1   2   1
2   1   2
3   2   2

Какие-нибудь мнения об этом методе я думал? или делать конкат и плавить считают слишком "дорогим"?

Ответ 9

Я немного обобщил проблему, чтобы она была применима к большему количеству столбцов.

Краткое описание того, что делает мое решение:

In[74]: df
Out[74]: 
    A   B             C             columnD
0  A1  B1  [C1.1, C1.2]                D1
1  A2  B2  [C2.1, C2.2]  [D2.1, D2.2, D2.3]
2  A3  B3            C3        [D3.1, D3.2]

In[75]: dfListExplode(df,['C','columnD'])
Out[75]: 
    A   B     C columnD
0  A1  B1  C1.1    D1
1  A1  B1  C1.2    D1
2  A2  B2  C2.1    D2.1
3  A2  B2  C2.1    D2.2
4  A2  B2  C2.1    D2.3
5  A2  B2  C2.2    D2.1
6  A2  B2  C2.2    D2.2
7  A2  B2  C2.2    D2.3
8  A3  B3    C3    D3.1
9  A3  B3    C3    D3.2

Полный пример:

Фактический взрыв выполняется в 3 строки. Остальное - косметика (многоколонный взрыв, обработка строк вместо списков в столбце взрыва,...).

import pandas as pd
import numpy as np

df=pd.DataFrame( {'A': ['A1','A2','A3'],
                  'B': ['B1','B2','B3'],
                  'C': [ ['C1.1','C1.2'],['C2.1','C2.2'],'C3'],
                  'columnD': [ 'D1',['D2.1','D2.2', 'D2.3'],['D3.1','D3.2']],
                  })
print('df',df, sep='\n')

def dfListExplode(df, explodeKeys):
    if not isinstance(explodeKeys, list):
        explodeKeys=[explodeKeys]
    # recursive handling of explodeKeys
    if len(explodeKeys)==0:
        return df
    elif len(explodeKeys)==1:
        explodeKey=explodeKeys[0]
    else:
        return dfListExplode( dfListExplode(df, explodeKeys[:1]), explodeKeys[1:])
    # perform explosion/unnesting for key: explodeKey
    dfPrep=df[explodeKey].apply(lambda x: x if isinstance(x,list) else [x]) #casts all elements to a list
    dfIndExpl=pd.DataFrame([[x] + [z] for x, y in zip(dfPrep.index,dfPrep.values) for z in y ], columns=['explodedIndex',explodeKey])
    dfMerged=dfIndExpl.merge(df.drop(explodeKey, axis=1), left_on='explodedIndex', right_index=True)
    dfReind=dfMerged.reindex(columns=list(df))
    return dfReind

dfExpl=dfListExplode(df,['C','columnD'])
print('dfExpl',dfExpl, sep='\n')

Кредиты на WeNYoBen ответ

Ответ 10

df=pd.DataFrame({'A':[1,2],'B':[[1,2],[1,2]]})

out = pd.concat([df.loc[:,'A'],(df.B.apply(pd.Series))], axis=1, sort=False)

out = out.set_index('A').stack().droplevel(level=1).reset_index().rename(columns={0:"B"})

       A    B
   0    1   1
   1    1   2
   2    2   1
   3    2   2
  • Вы можете реализовать это как один вкладыш, если вы не хотите создавать промежуточный объект

Ответ 11

# Here the answer to the related question in:
# https://stackoverflow.com/q/56708671/11426125

# initial dataframe
df12=pd.DataFrame({'Date':['2007-12-03','2008-09-07'],'names':
[['Peter','Alex'],['Donald','Stan']]})

# convert dataframe to array for indexing list values (names)
a = np.array(df12.values)  

# create a new, dataframe with dimensions for unnested
b = np.ndarray(shape = (4,2))
df2 = pd.DataFrame(b, columns = ["Date", "names"], dtype = str)

# implement loops to assign date/name values as required
i = range(len(a[0]))
j = range(len(a[0]))
for x in i:
    for y in j:
        df2.iat[2*x+y, 0] = a[x][0]
        df2.iat[2*x+y, 1] = a[x][1][y]

# set Date column as Index
df2.Date=pd.to_datetime(df2.Date)
df2.index=df2.Date
df2.drop('Date',axis=1,inplace =True)

Ответ 12

В моем случае более одного столбца для разнесения и с переменными длинами для массивов, которые необходимо исключить.

В итоге я применил новую функцию pandas 0.25 explode два раза, затем удалил сгенерированные дубликаты, и он сделал свою работу!

df = df.explode('A')
df = df.explode('B')
df = df.drop_duplicates()