拯救pandas计划（24）——数据框形状的转换：列转行，行转列

最近发现周围的很多小伙伴们都不太乐意使用pandas，转而投向其他的数据操作库，身为一个数据工作者，基本上是张口pandas，闭口pandas了，故而写下此系列以让更多的小伙伴们爱上pandas。

系列文章说明：

系列名（系列文章序号）——此次系列文章具体解决的需求

平台：

• windows 10
• python 3.8
• pandas >=1.2.4

/ 数据需求

目前有这么一个数据框，需要将部分列转换成行数据上，再将一列的数据转换成列名。

类似于这个数据框，左图转换成右图，简单的意思就是将时间跟品种的位置做一个调换。

/ 需求拆解

先生成一个模拟数据框：

import numpy as np
import pandas as pd

np.random.seed(2022)
data = {'商店': np.repeat(['A', 'B', 'C'], 4),
       '品种': ['商品1', '商品2', '商品3', '商品4'] * 3,
       '2022-05-10': np.random.randint(0, 100, 12),
       '2022-05-11': np.random.randint(0, 100, 12),
       '2022-05-12': np.random.randint(0, 100, 12),
       '2022-05-13': np.random.randint(0, 100, 12),
       '2022-05-14': np.random.randint(0, 100, 12),
       '2022-05-15': np.random.randint(0, 100, 12)}
df = pd.DataFrame(data)

首先处理方式就是将列的部分转换成行，又叫宽表转长表，转换类型的函数在pandas里有很多，如pd.melt、pd.wide_to_long、pd.lreshape、pd.DataFrame().stack等方法。

在该数据框中，时间的列都有相同的特点，可以通过一些函数方法进行获取，比如：

df.columns.str.extract(r'(\d+-.*)', expand=False).dropna()

轻松地获取了日期的所有列。

• melt + pivot

以pd.melt为例，主要接受两个参数，id_vars不需要转换的列，value_vars需要转换成行的列，对应的name则是生成后的数据的列名。

df1 = df.melt(['商店', '品种'], df.columns.str.extract(r'(\d+-.*)', expand=False).dropna(), var_name='时间')
print(df1)

首次转换的结果如上，还需要将品种列转换成列名，才能生成目标结果。

在列转行中，方法也有很多，常用的有pd.pivot和pd.DataFrame().unstack，以pd.pivot为例，接受三个参数，index, columns, values分别为结果的索引，列名及值。

print(df1.pivot(['商店', '时间'], '品种', values='value'))

再重置索引，就能得到目标结果：

df1.pivot(['商店', '时间'], '品种', values='value').reset_index()

• stack + unstack

stack和unstack，一个将列转换成行，一个将行转换成列。pd.melt的方法结果生成仍然平摊在值上，跟pd.pivot结合也稍显方便，当然首先将部分列置在索引上，也能得到想要的结果。

df.set_index(['商店', '品种'])

剩下的列都是需要转换的，直接用.stack()就行，与此同时，使用unstack('品种')将索引’品种’转换成列名。

df1 = df.set_index(['商店', '品种']).stack().unstack('品种')
print(df1)

与结果相差一个列名时间缺失，并且需要将索引置为值类型，在stack和unstack中都没有能为列转行的行为进行赋值名称的过程。

df1.columns = df1.columns.values
df1.index.set_names('时间', level=-1, inplace=True)
df1.reset_index(inplace=True)
print(df1)

首先去除列名部分的name值，再将最后一级的索引名称赋值为时间，最后重置索引为值，得到目标结果。

（手动水印：原创CSDN宿者朽命，https://blog.csdn.net/weixin_46281427?spm=1011.2124.3001.5343， 公众号A11Dot派)

• wide_to_long + unstack

wide_to_long可以直接在数据框中选定列作为索引，按正则表达式进行条件筛选选定转换成行的列。

pd.wide_to_long(
    df: 'DataFrame',
    stubnames,  # 需要将宽表的列转换为行的列名的前缀名
    i,  # 作为索引的列
    j,  # 转换为行后的那列的列名
    sep: 'str' = '',  # 需要转换为行的列名的分隔符，分隔符后的部分作为值
    suffix: 'str' = '\\d+',  # 正则表达式筛选列名的后缀
) -> 'DataFrame'

个人对各参数的一些理解。在该例中用法如下：

df1 = pd.wide_to_long(df, '', ['商店', '品种'], '时间', suffix=r'\d{4}-\d{2}-\d{2}')
print(df1)

这个结果相对stack的方式多了列名称’时间’，再将品种索引转换到列名上：

df1 = df1.unstack('品种')

最后将索引重置到值上：

df1.columns = df1.columns.get_level_values('品种').values
df1.reset_index(inplace=True)
print(df1)

生成目标结果。

/ 总结

本篇通过对数据框的行列转换需求介绍了pandas中可以将列转换为行及行转换成列名的函数方法，包括wide_to_long、melt、stack、unstack、pivot，力求简单明了的了解各种方法并解决同一个需求，从中理解各个方法的转换逻辑。

-问题是无穷的，方法也是无穷的。-

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于二零二二年八月十三日作