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sample() 采样函数

随机采样

有条件采样

恒定速率采样

获取数据剩余部分

resample()采样函数

降采样

升采样

频率转换asfreq()

插值处理

随机采样

随机抽样，是统计学中常用的一种方法，它可以帮助我们从大量的数据中快速地构建出一组数据分析模型。在 Pandas 中，如果想要对数据集进行随机抽样，需要使用 sample() 函数。

sample() 函数的语法格式如下：

DataFrame.sample(n=None, frac=None, replace=False, weights=None, random_state=None, axis=None)

参数说明如下表所示：

参数名称	参数说明
n	表示要抽取的行数。
frac	表示抽取的比例，比如 frac=0.5，代表抽取总体数据的50%。
replace	布尔值参数，表示是否以有放回抽样的方式进行选择，默认为 False，取出数据后不再放回。
weights	可选参数，代表每个样本的权重值，参数值是字符串或者数组。
random_state	可选参数，控制随机状态，默认为 None，表示随机数据不会重复；若为 1 表示会取得重复数据。
axis	表示在哪个方向上抽取数据(axis=1 表示列/axis=0 表示行)。

该函数返回与数据集类型相同的新对象，相当于 numpy.random.choice()。构建示例数据：

1. import pandas as pd
2. dict = {'name':["Jack", "Tom", "Helen", "John"],'age': [28, 39, 34, 36],'score':[98,92,91,89]}
3. info = pd.DataFrame(dict)

#默认随机选择两行
info.sample(n=2)
输出结果：
    name  age  score
2  Helen   34     91
0   Jack   28     98

#随机选择两列
info.sample(n=2, axis=1)
输出结果：
   name  age  score
   age  score
0   28     98
1   39     92
2   34     91
3   36     89

#随机抽取3个数据
info['name'].sample(n=3)
输出结果：
1      Tom
3     John
2    Helen
Name: name, dtype: object

#总体的50%
info.sample(frac=0.5, replace=True)
输出结果：
    name  age  score
2  Helen   34     91
0   Jack   28     98

#age序列为权重值，并且允许重复数据出现
info.sample(n=2, weights='age', random_state=1)
输出结果：
    name  age  score
1    Tom   39     92
2  Helen   34     91

有条件采样

带条件采样允许仅提取满足给定条件的一些行。必须指定条件。

首先，满足列值sepal width (cm)小于 3条件 的行：

condition = df['sepal width (cm)'] < 3

变量condition是一系列大小相同的df，包含True/False，取决于行是否满足条件。

然后，检索与满足上述条件的行相关联的索引：

true_index = condition[condition == True].index

如果有 57 行满足条件，因此最多可以采样 57 行。

最后，通过sample()函数可用于按如下条件进行采样：

subset = df[condition].sample(n = 10)

恒定速率采样

两个相邻样本之间的距离恒定

# 首先，指定费率
rate = 10
# 然后，提取样本，输出
subset = df[::rate]

获取数据剩余部分

提取数据集的子集后，还可以提取剩余部分。可以采用两种可能的解决方案来提取数据集的剩余部分。两种解决方案产生相同的结果。

第一种解决方案将提取的数据帧 ( subset)的行删除到原始数据帧中df，并将结果存储在新的数据帧中。这可以通过将要删除的索引列表传递给drop()函数来实现：

remaining = df.drop(labels=subset.index)

第二种解决方案仅选择原始数据帧中的行，df其中索引不在提取的数据帧的索引列表中subset：

remaining = df[~df.index.isin(subset.index)]

resample()采样函数

也称时间序列采样和数据重采样，其将时间序列从一个频率转换至另一个频率的过程，它主要有两种实现方式：降采样和升采样，降采样指将高频率的数据转换为低频率，升采样则与其恰好相反。

方法	说明
降采样	将高频率(间隔短)数据转换为低频率(间隔长)。
升采样	将低频率数据转换为高频率。

降采样

import pandas as pd
import numpy as np
rng = pd.date_range('1/1/2021',periods=100, freq='D')
ts = pd.Series(np.random.randn(len(rng)),index=rng)

# 按天计数的频率转换为按月计数。
# 降采样后并聚合
ts.resample('M').mean()

输出结果：
2021-01-31    0.046598
2021-02-28    0.000194
2021-03-31   -0.162896
2021-04-30   -0.395149
Freq: M, dtype: float64

如果只想看到月份，那么您可以设置kind=period如下所示：
ts.resample('M',kind='period').mean()

输出结果：
2021-01    0.046598
2021-02    0.000194
2021-03   -0.162896
2021-04   -0.395149
Freq: M, dtype: float64

升采样

import pandas as pd
import numpy as np
rng = pd.date_range('1/1/2021', periods=20, freq='3D')
ts = pd.Series(np.random.randn(len(rng)), index=rng)
print(ts.head())

# 升采样是将低频率（时间间隔）转换为高频率
# 然后，使用asfreq()在原数据基础上实现频率转换
ts.resample('D').asfreq().head()

输出结果：
升采样前：
2021-01-01    0.869743
2021-01-04   -1.105558
2021-01-07   -0.395761
2021-01-10   -1.163647
2021-01-13    0.367996
Freq: 3D, dtype: float64

升采样后：
2021-01-01    0.869743
2021-01-02         NaN
2021-01-03         NaN
2021-01-04   -1.105558
2021-01-05         NaN
Freq: D, dtype: float64

频率转换asfreq()

该方法不仅能够实现频率转换，还可以保留原频率对应的数值，同时也可以单独使用，示例如下：

index = pd.date_range('1/1/2021', periods=6, freq='T')
series = pd.Series([0.0, None, 2.0, 3.0,4.0,5.0], index=index)
df = pd.DataFrame({'s':series})
print(df.asfreq("45s"))

输出结果：
                       s
2021-01-01 00:00:00  0.0
2021-01-01 00:00:45  NaN
2021-01-01 00:01:30  NaN
2021-01-01 00:02:15  NaN
2021-01-01 00:03:00  3.0
2021-01-01 00:03:45  NaN
2021-01-01 00:04:30  NaN

插值处理

从上述示例不难看出，升采样的结果会产生缺失值，那么就需要对缺失值进行处理，一般有以下几种处理方式：

方法	说明
pad/ffill	用前一个非缺失值去填充缺失值。
backfill/bfill	用后一个非缺失值去填充缺失值。
interpolater('linear')	线性插值方法。
fillna(value)	指定一个值去替换缺失值。

# 下面使用插值方法处理 NaN 值，示例如下：
import pandas as pd
import numpy as np

#创建时间序列数据
rng = pd.date_range('1/1/2021', periods=20, freq='3D')
ts = pd.Series(np.random.randn(len(rng)), index=rng)
print(ts.resample('D').asfreq().head())
输出结果：
2021-01-01    0.555580
2021-01-02         NaN
2021-01-03         NaN
2021-01-04   -0.079324
2021-01-05         NaN
Freq: D, dtype: float64

#使用ffill处理缺失值
ts.resample('D').asfreq().ffill().head()
#插值处理，注意对比
2021-01-01    0.555580
2021-01-02    0.555580
2021-01-03    0.555580
2021-01-04   -0.079324
2021-01-05   -0.079324
Freq: D, dtype: float64