原文：
pandas.pydata.org/docs/
MultiIndex / 高级索引
原文：
pandas.pydata.org/docs/user_guide/advanced.html
本节涵盖了使用 MultiIndex 进行索引和其他高级索引功能。
查看数据索引和选择以获取一般索引文档。
警告
在设置操作中返回副本还是引用可能取决于上下文。有时这被称为chained assignment，应该避免。请参阅返回视图与副本。
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层次化索引（MultiIndex）
层次化/多级索引非常令人兴奋，因为它为一些相当复杂的数据分析和操作打开了大门，特别是用于处理更高维数据。本质上，它使您能够在较低维数据结构（如Series（1d）和DataFrame（2d））中存储和操作具有任意数量维度的数据。
在本节中，我们将展示“层次化”索引的确切含义以及它如何与上述和之前章节中描述的所有 pandas 索引功能集成。稍后，在讨论分组和数据透视和重塑时，我们将展示非平凡的应用程序，以说明它如何帮助构建数据进行分析。
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创建一个 MultiIndex（层次化索引）对象
MultiIndex对象是标准Index对象的分层类比，通常在 pandas 对象中存储轴标签。您可以将MultiIndex视为元组数组，其中每个元组都是唯一的。可以从数组列表（使用MultiIndex.from_arrays()）、元组数组（使用MultiIndex.from_tuples()）、可迭代的交叉集（使用MultiIndex.from_product()）或DataFrame（使用MultiIndex.from_frame()）创建MultiIndex。当传递元组列表给Index构造函数时，它将尝试返回MultiIndex。以下示例演示了初始化 MultiIndexes 的不同方法。
In [1]: arrays = [
...: ["bar", "bar", "baz", "baz", "foo", "foo", "qux", "qux"],
...: ["one", "two", "one", "two", "one", "two", "one", "two"],
...: ]
...:
In [2]: tuples = list(zip(*arrays))
In [3]: tuples
Out[3]:
[('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('baz', 'one'),
('baz', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two'),
('qux', 'one'),
('qux', 'two')]
In [4]: index = pd.MultiIndex.from_tuples(tuples, names=["first", "second"])
In [5]: index
Out[5]:
MultiIndex([('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('baz', 'one'),
('baz', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two'),
('qux', 'one'),
('qux', 'two')],
names=['first', 'second'])
In [6]: s = pd.Series(np.random.randn(8), index=index)
In [7]: s
Out[7]:
first second
bar one 0.469112
two -0.282863
baz one -1.509059
two -1.135632
foo one 1.212112
two -0.173215
qux one 0.119209
two -1.044236
dtype: float64 当你想要两个可迭代元素的每个配对时，可以更容易地使用MultiIndex.from_product()方法：
In [8]: iterables = [["bar", "baz", "foo", "qux"], ["one", "two"]]
In [9]: pd.MultiIndex.from_product(iterables, names=["first", "second"])
Out[9]:
MultiIndex([('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('baz', 'one'),
('baz', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two'),
('qux', 'one'),
('qux', 'two')],
names=['first', 'second']) 你还可以直接从DataFrame构建MultiIndex，使用方法MultiIndex.from_frame()。这是与MultiIndex.to_frame()互补的方法。
In [10]: df = pd.DataFrame(
....: [["bar", "one"], ["bar", "two"], ["foo", "one"], ["foo", "two"]],
....: columns=["first", "second"],
....: )
....:
In [11]: pd.MultiIndex.from_frame(df)
Out[11]:
MultiIndex([('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two')],
names=['first', 'second']) 作为一种便利，你可以直接将数组列表传递给Series或DataFrame以自动构建MultiIndex：
In [12]: arrays = [
....: np.array(["bar", "bar", "baz", "baz", "foo", "foo", "qux", "qux"]),
....: np.array(["one", "two", "one", "two", "one", "two", "one", "two"]),
....: ]
....:
In [13]: s = pd.Series(np.random.randn(8), index=arrays)
In [14]: s
Out[14]:
bar one -0.861849
two -2.104569
baz one -0.494929
two 1.071804
foo one 0.721555
two -0.706771
qux one -1.039575
two 0.271860
dtype: float64
In [15]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(8, 4), index=arrays)
In [16]: df
Out[16]:
0 1 2 3
bar one -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
two -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988
baz one 0.404705 0.577046 -1.715002 -1.039268
two -0.370647 -1.157892 -1.344312 0.844885
foo one 1.075770 -0.109050 1.643563 -1.469388
two 0.357021 -0.674600 -1.776904 -0.968914
qux one -1.294524 0.413738 0.276662 -0.472035
two -0.013960 -0.362543 -0.006154 -0.923061 所有MultiIndex构造函数都接受一个names参数，用于存储级别本身的字符串名称。如果没有提供名称，将分配None：
In [17]: df.index.names
Out[17]: FrozenList([None, None]) 这个索引可以支持 pandas 对象的任何轴，并且索引的级别数量由你决定：
代码语言：javascript复制In [18]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(3, 8), index=["A", "B", "C"], columns=index)
In [19]: df
Out[19]:
first bar baz ... foo qux
second one two one ... two one two
A 0.895717 0.805244 -1.206412 ... 1.340309 -1.170299 -0.226169
B 0.410835 0.813850 0.132003 ... -1.187678 1.130127 -1.436737
C -1.413681 1.607920 1.024180 ... -2.211372 0.974466 -2.006747
[3 rows x 8 columns]
In [20]: pd.DataFrame(np.random.randn(6, 6), index=index[:6], columns=index[:6])
Out[20]:
first bar baz foo
second one two one two one two
first second
bar one -0.410001 -0.078638 0.545952 -1.219217 -1.226825 0.769804
two -1.281247 -0.727707 -0.121306 -0.097883 0.695775 0.341734
baz one 0.959726 -1.110336 -0.619976 0.149748 -0.732339 0.687738
two 0.176444 0.403310 -0.154951 0.301624 -2.179861 -1.369849
foo one -0.954208 1.462696 -1.743161 -0.826591 -0.345352 1.314232
two 0.690579 0.995761 2.396780 0.014871 3.357427 -0.317441 我们“稀疏化”了索引的较高级别，以使控制台输出更加舒适。请注意，可以使用pandas.set_options()中的multi_sparse选项来控制索引的显示方式：
In [21]: with pd.option_context("display.multi_sparse", False):
....: df
....: 值得记住的是，没有什么可以阻止你在轴上使用元组作为原子标签：
代码语言：javascript复制In [22]: pd.Series(np.random.randn(8), index=tuples)
Out[22]:
(bar, one) -1.236269
(bar, two) 0.896171
(baz, one) -0.487602
(baz, two) -0.082240
(foo, one) -2.182937
(foo, two) 0.380396
(qux, one) 0.084844
(qux, two) 0.432390
dtype: float64 MultiIndex的重要性在于它可以让你执行分组、选择和重塑操作，如下文和文档的后续部分所述。正如你将在后面的章节中看到的，你可能会发现自己在处理具有分层索引数据时，而不需要显式地创建MultiIndex。然而，在从文件加载数据时，你可能希望在准备数据集时自己生成MultiIndex。
重建级别标签
方法get_level_values()将返回特定级别上每个位置的标签向量：
In [23]: index.get_level_values(0)
Out[23]: Index(['bar', 'bar', 'baz', 'baz', 'foo', 'foo', 'qux', 'qux'], dtype='object', name='first')
In [24]: index.get_level_values("second")
Out[24]: Index(['one', 'two', 'one', 'two', 'one', 'two', 'one', 'two'], dtype='object', name='second') 使用MultiIndex在轴上进行基本索引
分层索引的一个重要特点是，你可以通过标识数据中的子组的“部分”标签来选择数据。部分选择会在结果中以与在常规 DataFrame 中选择列完全类似的方式“删除”分层索引的级别：
代码语言：javascript复制In [25]: df["bar"]
Out[25]:
second one two
A 0.895717 0.805244
B 0.410835 0.813850
C -1.413681 1.607920
In [26]: df["bar", "one"]
Out[26]:
A 0.895717
B 0.410835
C -1.413681
Name: (bar, one), dtype: float64
In [27]: df["bar"]["one"]
Out[27]:
A 0.895717
B 0.410835
C -1.413681
Name: one, dtype: float64
In [28]: s["qux"]
Out[28]:
one -1.039575
two 0.271860
dtype: float64 参见使用分层索引进行交叉选择以了解如何在更深层次上进行选择。
定义级别
MultiIndex保留索引的所有定义级别，即使它们实际上没有被使用。在对索引进行切片时，你可能会注意到这一点。例如：
In [29]: df.columns.levels # original MultiIndex
Out[29]: FrozenList([['bar', 'baz', 'foo', 'qux'], ['one', 'two']])
In [30]: df[["foo","qux"]].columns.levels # sliced
Out[30]: FrozenList([['bar', 'baz', 'foo', 'qux'], ['one', 'two']]) 这样做是为了避免重新计算级别以使切片高度高效。如果你只想看到已使用的级别，可以使用get_level_values() 方法。
In [31]: df[["foo", "qux"]].columns.to_numpy()
Out[31]:
array([('foo', 'one'), ('foo', 'two'), ('qux', 'one'), ('qux', 'two')],
dtype=object)
# for a specific level
In [32]: df[["foo", "qux"]].columns.get_level_values(0)
Out[32]: Index(['foo', 'foo', 'qux', 'qux'], dtype='object', name='first') 要重建仅使用的级别的MultiIndex，可以使用remove_unused_levels() 方法。
In [33]: new_mi = df[["foo", "qux"]].columns.remove_unused_levels()
In [34]: new_mi.levels
Out[34]: FrozenList([['foo', 'qux'], ['one', 'two']]) 数据对齐和使用reindex
在轴上具有MultiIndex的不同索引对象之间的操作将按照你的期望进行；数据对齐将与元组索引的索引相同：
In [35]: s s[:-2]
Out[35]:
bar one -1.723698
two -4.209138
baz one -0.989859
two 2.143608
foo one 1.443110
two -1.413542
qux one NaN
two NaN
dtype: float64
In [36]: s s[::2]
Out[36]:
bar one -1.723698
two NaN
baz one -0.989859
two NaN
foo one 1.443110
two NaN
qux one -2.079150
two NaN
dtype: float64 Series/DataFrames的reindex() 方法可以使用另一个MultiIndex，甚至是元组的列表或数组来调用：
In [37]: s.reindex(index[:3])
Out[37]:
first second
bar one -0.861849
two -2.104569
baz one -0.494929
dtype: float64
In [38]: s.reindex([("foo", "two"), ("bar", "one"), ("qux", "one"), ("baz", "one")])
Out[38]:
foo two -0.706771
bar one -0.861849
qux one -1.039575
baz one -0.494929
dtype: float64
```## 高级索引与分层索引
在使用`.loc`进行高级索引时，将`MultiIndex`语法上整合在一起有点具有挑战性，但我们已经尽最大努力去做到。一般来说，MultiIndex 键采用元组的形式。例如，以下操作会按照你的期望进行：
```py
In [39]: df = df.T
In [40]: df
Out[40]:
A B C
first second
bar one 0.895717 0.410835 -1.413681
two 0.805244 0.813850 1.607920
baz one -1.206412 0.132003 1.024180
two 2.565646 -0.827317 0.569605
foo one 1.431256 -0.076467 0.875906
two 1.340309 -1.187678 -2.211372
qux one -1.170299 1.130127 0.974466
two -0.226169 -1.436737 -2.006747
In [41]: df.loc[("bar", "two")]
Out[41]:
A 0.805244
B 0.813850
C 1.607920
Name: (bar, two), dtype: float64 请注意，在这个例子中，df.loc['bar', 'two']也可以工作，但这种简写符号通常会导致歧义。
如果你还想使用.loc索引特定列，你必须像这样使用元组：
In [42]: df.loc[("bar", "two"), "A"]
Out[42]: 0.8052440253863785 你不必通过仅传递元组的第一个元素来指定MultiIndex的所有级别。例如，你可以使用“部分”索引来获取所有第一个级别中包含bar的元素，如下所示：
In [43]: df.loc["bar"]
Out[43]:
A B C
second
one 0.895717 0.410835 -1.413681
two 0.805244 0.813850 1.607920 这是略微冗长的符号df.loc[('bar',),]（在这个例子中等同于df.loc['bar',]）的快捷方式。
“部分”切片也非常有效。
代码语言：javascript复制In [44]: df.loc["baz":"foo"]
Out[44]:
A B C
first second
baz one -1.206412 0.132003 1.024180
two 2.565646 -0.827317 0.569605
foo one 1.431256 -0.076467 0.875906
two 1.340309 -1.187678 -2.211372 你可以通过提供元组切片来选择值的“范围”。
代码语言：javascript复制In [45]: df.loc[("baz", "two"):("qux", "one")]
Out[45]:
A B C
first second
baz two 2.565646 -0.827317 0.569605
foo one 1.431256 -0.076467 0.875906
two 1.340309 -1.187678 -2.211372
qux one -1.170299 1.130127 0.974466
In [46]: df.loc[("baz", "two"):"foo"]
Out[46]:
A B C
first second
baz two 2.565646 -0.827317 0.569605
foo one 1.431256 -0.076467 0.875906
two 1.340309 -1.187678 -2.211372 传递标签或元组列表类似于重新索引：
代码语言：javascript复制In [47]: df.loc[[("bar", "two"), ("qux", "one")]]
Out[47]:
A B C
first second
bar two 0.805244 0.813850 1.607920
qux one -1.170299 1.130127 0.974466 注意
在 pandas 中，元组和列表在索引时并非相同对待。元组被解释为一个多级键，而列表用于指定多个键。换句话说，元组水平移动（遍历级别），列表垂直移动（扫描级别）。
重要的是，元组列表索引多个完整的MultiIndex键，而列表元组引用一个级别内的多个值：
In [48]: s = pd.Series(
....: [1, 2, 3, 4, 5, 6],
....: index=pd.MultiIndex.from_product([["A", "B"], ["c", "d", "e"]]),
....: )
....:
In [49]: s.loc[[("A", "c"), ("B", "d")]] # list of tuples
Out[49]:
A c 1
B d 5
dtype: int64
In [50]: s.loc[(["A", "B"], ["c", "d"])] # tuple of lists
Out[50]:
A c 1
d 2
B c 4
d 5
dtype: int64 使用切片器
你可以通过提供多个索引器来切片MultiIndex。
你可以像通过标签索引一样提供任何选择器，参见按标签选择，包括切片、标签列表、标签和布尔索引器。
你可以使用slice(None)来选择该级别的所有内容。你不需要指定所有更深层的级别，它们将被隐含为slice(None)。
与往常一样，切片器的两侧都包含在内，因为这是标签索引。
警告
在.loc指定器中应指定所有轴，即索引和列的索引器。有一些模糊的情况，传递的索引器可能被误解为索引两个轴，而不是例如行的MultiIndex。
您应该这样做：
代码语言：javascript复制df.loc[(slice("A1", "A3"), ...), :] # noqa: E999 您不应该这样做：
代码语言：javascript复制df.loc[(slice("A1", "A3"), ...)] # noqa: E999 In [51]: def mklbl(prefix, n):
....: return ["%s%s" % (prefix, i) for i in range(n)]
....:
In [52]: miindex = pd.MultiIndex.from_product(
....: [mklbl("A", 4), mklbl("B", 2), mklbl("C", 4), mklbl("D", 2)]
....: )
....:
In [53]: micolumns = pd.MultiIndex.from_tuples(
....: [("a", "foo"), ("a", "bar"), ("b", "foo"), ("b", "bah")], names=["lvl0", "lvl1"]
....: )
....:
In [54]: dfmi = (
....: pd.DataFrame(
....: np.arange(len(miindex) * len(micolumns)).reshape(
....: (len(miindex), len(micolumns))
....: ),
....: index=miindex,
....: columns=micolumns,
....: )
....: .sort_index()
....: .sort_index(axis=1)
....: )
....:
In [55]: dfmi
Out[55]:
lvl0 a b
lvl1 bar foo bah foo
A0 B0 C0 D0 1 0 3 2
D1 5 4 7 6
C1 D0 9 8 11 10
D1 13 12 15 14
C2 D0 17 16 19 18
... ... ... ... ...
A3 B1 C1 D1 237 236 239 238
C2 D0 241 240 243 242
D1 245 244 247 246
C3 D0 249 248 251 250
D1 253 252 255 254
[64 rows x 4 columns] 使用切片、列表和标签进行基本的多重索引切片。
代码语言：javascript复制In [56]: dfmi.loc[(slice("A1", "A3"), slice(None), ["C1", "C3"]), :]
Out[56]:
lvl0 a b
lvl1 bar foo bah foo
A1 B0 C1 D0 73 72 75 74
D1 77 76 79 78
C3 D0 89 88 91 90
D1 93 92 95 94
B1 C1 D0 105 104 107 106
... ... ... ... ...
A3 B0 C3 D1 221 220 223 222
B1 C1 D0 233 232 235 234
D1 237 236 239 238
C3 D0 249 248 251 250
D1 253 252 255 254
[24 rows x 4 columns] 您可以使用pandas.IndexSlice来使用:实现更自然的语法，而不是使用slice(None)。
In [57]: idx = pd.IndexSlice
In [58]: dfmi.loc[idx[:, :, ["C1", "C3"]], idx[:, "foo"]]
Out[58]:
lvl0 a b
lvl1 foo foo
A0 B0 C1 D0 8 10
D1 12 14
C3 D0 24 26
D1 28 30
B1 C1 D0 40 42
... ... ...
A3 B0 C3 D1 220 222
B1 C1 D0 232 234
D1 236 238
C3 D0 248 250
D1 252 254
[32 rows x 2 columns] 使用这种方法可以在同一时间在多个轴上执行相当复杂的选择。
代码语言：javascript复制In [59]: dfmi.loc["A1", (slice(None), "foo")]
Out[59]:
lvl0 a b
lvl1 foo foo
B0 C0 D0 64 66
D1 68 70
C1 D0 72 74
D1 76 78
C2 D0 80 82
... ... ...
B1 C1 D1 108 110
C2 D0 112 114
D1 116 118
C3 D0 120 122
D1 124 126
[16 rows x 2 columns]
In [60]: dfmi.loc[idx[:, :, ["C1", "C3"]], idx[:, "foo"]]
Out[60]:
lvl0 a b
lvl1 foo foo
A0 B0 C1 D0 8 10
D1 12 14
C3 D0 24 26
D1 28 30
B1 C1 D0 40 42
... ... ...
A3 B0 C3 D1 220 222
B1 C1 D0 232 234
D1 236 238
C3 D0 248 250
D1 252 254
[32 rows x 2 columns] 使用布尔索引器，您可以提供与值相关的选择。
代码语言：javascript复制In [61]: mask = dfmi[("a", "foo")] > 200
In [62]: dfmi.loc[idx[mask, :, ["C1", "C3"]], idx[:, "foo"]]
Out[62]:
lvl0 a b
lvl1 foo foo
A3 B0 C1 D1 204 206
C3 D0 216 218
D1 220 222
B1 C1 D0 232 234
D1 236 238
C3 D0 248 250
D1 252 254 您还可以指定.loc的axis参数来解释单个轴上传递的切片器。
In [63]: dfmi.loc(axis=0)[:, :, ["C1", "C3"]]
Out[63]:
lvl0 a b
lvl1 bar foo bah foo
A0 B0 C1 D0 9 8 11 10
D1 13 12 15 14
C3 D0 25 24 27 26
D1 29 28 31 30
B1 C1 D0 41 40 43 42
... ... ... ... ...
A3 B0 C3 D1 221 220 223 222
B1 C1 D0 233 232 235 234
D1 237 236 239 238
C3 D0 249 248 251 250
D1 253 252 255 254
[32 rows x 4 columns] 此外，您可以使用以下方法设置值。
代码语言：javascript复制In [64]: df2 = dfmi.copy()
In [65]: df2.loc(axis=0)[:, :, ["C1", "C3"]] = -10
In [66]: df2
Out[66]:
lvl0 a b
lvl1 bar foo bah foo
A0 B0 C0 D0 1 0 3 2
D1 5 4 7 6
C1 D0 -10 -10 -10 -10
D1 -10 -10 -10 -10
C2 D0 17 16 19 18
... ... ... ... ...
A3 B1 C1 D1 -10 -10 -10 -10
C2 D0 241 240 243 242
D1 245 244 247 246
C3 D0 -10 -10 -10 -10
D1 -10 -10 -10 -10
[64 rows x 4 columns] 您还可以使用可对齐对象的右侧。
代码语言：javascript复制In [67]: df2 = dfmi.copy()
In [68]: df2.loc[idx[:, :, ["C1", "C3"]], :] = df2 * 1000
In [69]: df2
Out[69]:
lvl0 a b
lvl1 bar foo bah foo
A0 B0 C0 D0 1 0 3 2
D1 5 4 7 6
C1 D0 9000 8000 11000 10000
D1 13000 12000 15000 14000
C2 D0 17 16 19 18
... ... ... ... ...
A3 B1 C1 D1 237000 236000 239000 238000
C2 D0 241 240 243 242
D1 245 244 247 246
C3 D0 249000 248000 251000 250000
D1 253000 252000 255000 254000
[64 rows x 4 columns]
```### 交叉分析
`DataFrame`的`xs()`方法另外接受一个级别参数，使得在`MultiIndex`的特定级别上选择数据更容易。
```py
In [70]: df
Out[70]:
A B C
first second
bar one 0.895717 0.410835 -1.413681
two 0.805244 0.813850 1.607920
baz one -1.206412 0.132003 1.024180
two 2.565646 -0.827317 0.569605
foo one 1.431256 -0.076467 0.875906
two 1.340309 -1.187678 -2.211372
qux one -1.170299 1.130127 0.974466
two -0.226169 -1.436737 -2.006747
In [71]: df.xs("one", level="second")
Out[71]:
A B C
first
bar 0.895717 0.410835 -1.413681
baz -1.206412 0.132003 1.024180
foo 1.431256 -0.076467 0.875906
qux -1.170299 1.130127 0.974466 # using the slicers
In [72]: df.loc[(slice(None), "one"), :]
Out[72]:
A B C
first second
bar one 0.895717 0.410835 -1.413681
baz one -1.206412 0.132003 1.024180
foo one 1.431256 -0.076467 0.875906
qux one -1.170299 1.130127 0.974466 您还可以通过提供轴参数使用xs在列上进行选择。
In [73]: df = df.T
In [74]: df.xs("one", level="second", axis=1)
Out[74]:
first bar baz foo qux
A 0.895717 -1.206412 1.431256 -1.170299
B 0.410835 0.132003 -0.076467 1.130127
C -1.413681 1.024180 0.875906 0.974466 # using the slicers
In [75]: df.loc[:, (slice(None), "one")]
Out[75]:
first bar baz foo qux
second one one one one
A 0.895717 -1.206412 1.431256 -1.170299
B 0.410835 0.132003 -0.076467 1.130127
C -1.413681 1.024180 0.875906 0.974466 xs还允许使用多个键进行选择。
In [76]: df.xs(("one", "bar"), level=("second", "first"), axis=1)
Out[76]:
first bar
second one
A 0.895717
B 0.410835
C -1.413681 # using the slicers
In [77]: df.loc[:, ("bar", "one")]
Out[77]:
A 0.895717
B 0.410835
C -1.413681
Name: (bar, one), dtype: float64 您可以将drop_level=False传递给xs以保留所选的级别。
In [78]: df.xs("one", level="second", axis=1, drop_level=False)
Out[78]:
first bar baz foo qux
second one one one one
A 0.895717 -1.206412 1.431256 -1.170299
B 0.410835 0.132003 -0.076467 1.130127
C -1.413681 1.024180 0.875906 0.974466 将上述与使用drop_level=True（默认值）的结果进行比较。
In [79]: df.xs("one", level="second", axis=1, drop_level=True)
Out[79]:
first bar baz foo qux
A 0.895717 -1.206412 1.431256 -1.170299
B 0.410835 0.132003 -0.076467 1.130127
C -1.413681 1.024180 0.875906 0.974466
```### 高级重新索引和对齐
在 pandas 对象的`reindex()`和`align()`方法中使用参数`level`对跨级别广播值很有用。例如：
```py
In [80]: midx = pd.MultiIndex(
....: levels=[["zero", "one"], ["x", "y"]], codes=[[1, 1, 0, 0], [1, 0, 1, 0]]
....: )
....:
In [81]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(4, 2), index=midx)
In [82]: df
Out[82]:
0 1
one y 1.519970 -0.493662
x 0.600178 0.274230
zero y 0.132885 -0.023688
x 2.410179 1.450520
In [83]: df2 = df.groupby(level=0).mean()
In [84]: df2
Out[84]:
0 1
one 1.060074 -0.109716
zero 1.271532 0.713416
In [85]: df2.reindex(df.index, level=0)
Out[85]:
0 1
one y 1.060074 -0.109716
x 1.060074 -0.109716
zero y 1.271532 0.713416
x 1.271532 0.713416
# aligning
In [86]: df_aligned, df2_aligned = df.align(df2, level=0)
In [87]: df_aligned
Out[87]:
0 1
one y 1.519970 -0.493662
x 0.600178 0.274230
zero y 0.132885 -0.023688
x 2.410179 1.450520
In [88]: df2_aligned
Out[88]:
0 1
one y 1.060074 -0.109716
x 1.060074 -0.109716
zero y 1.271532 0.713416
x 1.271532 0.713416 使用swaplevel交换级别
swaplevel()方法可以交换两个级别的顺序：
In [89]: df[:5]
Out[89]:
0 1
one y 1.519970 -0.493662
x 0.600178 0.274230
zero y 0.132885 -0.023688
x 2.410179 1.450520
In [90]: df[:5].swaplevel(0, 1, axis=0)
Out[90]:
0 1
y one 1.519970 -0.493662
x one 0.600178 0.274230
y zero 0.132885 -0.023688
x zero 2.410179 1.450520 使用reorder_levels重新排序级别
reorder_levels()方法推广了swaplevel方法，允许您在一步中对分层索引级别进行排列：
In [91]: df[:5].reorder_levels([1, 0], axis=0)
Out[91]:
0 1
y one 1.519970 -0.493662
x one 0.600178 0.274230
y zero 0.132885 -0.023688
x zero 2.410179 1.450520
```### 重命名`Index`或`MultiIndex`的名称
`rename()`方法用于重命名`MultiIndex`的标签，通常用于重命名`DataFrame`的列。`rename`的`columns`参数允许指定一个包含您希望重命名的列的字典。
```py
In [92]: df.rename(columns={0: "col0", 1: "col1"})
Out[92]:
col0 col1
one y 1.519970 -0.493662
x 0.600178 0.274230
zero y 0.132885 -0.023688
x 2.410179 1.450520 这种方法也可以用来重命名DataFrame主索引的特定标签。
In [93]: df.rename(index={"one": "two", "y": "z"})
Out[93]:
0 1
two z 1.519970 -0.493662
x 0.600178 0.274230
zero z 0.132885 -0.023688
x 2.410179 1.450520 rename_axis() 方法用于重命名 Index 或 MultiIndex 的名称。特别是，可以指定 MultiIndex 级别的名称，如果稍后使用 reset_index() 将值从 MultiIndex 移动到列中，则这很有用。
In [94]: df.rename_axis(index=["abc", "def"])
Out[94]:
0 1
abc def
one y 1.519970 -0.493662
x 0.600178 0.274230
zero y 0.132885 -0.023688
x 2.410179 1.450520 请注意，DataFrame 的列是一个索引，因此使用 rename_axis 与 columns 参数将更改该索引的名称。
In [95]: df.rename_axis(columns="Cols").columns
Out[95]: RangeIndex(start=0, stop=2, step=1, name='Cols') rename 和 rename_axis 都支持指定字典、Series 或映射函数，将标签/名称映射到新值。
当直接使用 Index 对象而不是通过 DataFrame 进行操作时，可以使用 Index.set_names() 来更改名称。
In [96]: mi = pd.MultiIndex.from_product([[1, 2], ["a", "b"]], names=["x", "y"])
In [97]: mi.names
Out[97]: FrozenList(['x', 'y'])
In [98]: mi2 = mi.rename("new name", level=0)
In [99]: mi2
Out[99]:
MultiIndex([(1, 'a'),
(1, 'b'),
(2, 'a'),
(2, 'b')],
names=['new name', 'y']) 无法通过级别设置 MultiIndex 的名称。
代码语言：javascript复制In [100]: mi.levels[0].name = "name via level"
---------------------------------------------------------------------------
RuntimeError Traceback (most recent call last)
Cell In[100], line 1
----> 1 mi.levels[0].name = "name via level"
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:1690, in Index.name(self, value)
1686 @name.setter
1687 def name(self, value: Hashable) -> None:
1688 if self._no_setting_name:
1689 # Used in MultiIndex.levels to avoid silently ignoring name updates.
-> 1690 raise RuntimeError(
1691 "Cannot set name on a level of a MultiIndex. Use "
1692 "'MultiIndex.set_names' instead."
1693 )
1694 maybe_extract_name(value, None, type(self))
1695 self._name = value
RuntimeError: Cannot set name on a level of a MultiIndex. Use 'MultiIndex.set_names' instead. 使用 Index.set_names() 替代。
对 MultiIndex 进行排序
要有效地对 MultiIndex 对象进行索引和切片，它们需要被排序。与任何索引一样，您可以使用 sort_index()。
In [101]: import random
In [102]: random.shuffle(tuples)
In [103]: s = pd.Series(np.random.randn(8), index=pd.MultiIndex.from_tuples(tuples))
In [104]: s
Out[104]:
qux two 0.206053
bar one -0.251905
foo one -2.213588
qux one 1.063327
foo two 1.266143
baz two 0.299368
bar two -0.863838
baz one 0.408204
dtype: float64
In [105]: s.sort_index()
Out[105]:
bar one -0.251905
two -0.863838
baz one 0.408204
two 0.299368
foo one -2.213588
two 1.266143
qux one 1.063327
two 0.206053
dtype: float64
In [106]: s.sort_index(level=0)
Out[106]:
bar one -0.251905
two -0.863838
baz one 0.408204
two 0.299368
foo one -2.213588
two 1.266143
qux one 1.063327
two 0.206053
dtype: float64
In [107]: s.sort_index(level=1)
Out[107]:
bar one -0.251905
baz one 0.408204
foo one -2.213588
qux one 1.063327
bar two -0.863838
baz two 0.299368
foo two 1.266143
qux two 0.206053
dtype: float64 如果 MultiIndex 的级别已命名，还可以向 sort_index 传递级别名称。
In [108]: s.index = s.index.set_names(["L1", "L2"])
In [109]: s.sort_index(level="L1")
Out[109]:
L1 L2
bar one -0.251905
two -0.863838
baz one 0.408204
two 0.299368
foo one -2.213588
two 1.266143
qux one 1.063327
two 0.206053
dtype: float64
In [110]: s.sort_index(level="L2")
Out[110]:
L1 L2
bar one -0.251905
baz one 0.408204
foo one -2.213588
qux one 1.063327
bar two -0.863838
baz two 0.299368
foo two 1.266143
qux two 0.206053
dtype: float64 在更高维度的对象上，如果它们具有 MultiIndex，则可以按级别对任何其他轴进行排序：
In [111]: df.T.sort_index(level=1, axis=1)
Out[111]:
one zero one zero
x x y y
0 0.600178 2.410179 1.519970 0.132885
1 0.274230 1.450520 -0.493662 -0.023688 即使数据未排序，索引也会起作用，但效率会相当低（并显示 PerformanceWarning）。它还将返回数据的副本而不是视��：
In [112]: dfm = pd.DataFrame(
.....: {"jim": [0, 0, 1, 1], "joe": ["x", "x", "z", "y"], "jolie": np.random.rand(4)}
.....: )
.....:
In [113]: dfm = dfm.set_index(["jim", "joe"])
In [114]: dfm
Out[114]:
jolie
jim joe
0 x 0.490671
x 0.120248
1 z 0.537020
y 0.110968
In [115]: dfm.loc[(1, 'z')]
Out[115]:
jolie
jim joe
1 z 0.53702 此外，如果尝试对未完全按字典顺序排序的内容进行索引，可能会引发：
代码语言：javascript复制In [116]: dfm.loc[(0, 'y'):(1, 'z')]
---------------------------------------------------------------------------
UnsortedIndexError Traceback (most recent call last)
Cell In[116], line 1
----> 1 dfm.loc[(0, 'y'):(1, 'z')]
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1191, in _LocationIndexer.__getitem__(self, key)
1189 maybe_callable = com.apply_if_callable(key, self.obj)
1190 maybe_callable = self._check_deprecated_callable_usage(key, maybe_callable)
-> 1191 return self._getitem_axis(maybe_callable, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1411, in _LocIndexer._getitem_axis(self, key, axis)
1409 if isinstance(key, slice):
1410 self._validate_key(key, axis)
-> 1411 return self._get_slice_axis(key, axis=axis)
1412 elif com.is_bool_indexer(key):
1413 return self._getbool_axis(key, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1443, in _LocIndexer._get_slice_axis(self, slice_obj, axis)
1440 return obj.copy(deep=False)
1442 labels = obj._get_axis(axis)
-> 1443 indexer = labels.slice_indexer(slice_obj.start, slice_obj.stop, slice_obj.step)
1445 if isinstance(indexer, slice):
1446 return self.obj._slice(indexer, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:6662, in Index.slice_indexer(self, start, end, step)
6618 def slice_indexer(
6619 self,
6620 start: Hashable | None = None,
6621 end: Hashable | None = None,
6622 step: int | None = None,
6623 ) -> slice:
6624 """
6625 Compute the slice indexer for input labels and step.
6626
(...)
6660 slice(1, 3, None)
6661 """
-> 6662 start_slice, end_slice = self.slice_locs(start, end, step=step)
6664 # return a slice
6665 if not is_scalar(start_slice):
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/multi.py:2904, in MultiIndex.slice_locs(self, start, end, step)
2852 """
2853 For an ordered MultiIndex, compute the slice locations for input
2854 labels.
(...)
2900 sequence of such.
2901 """
2902 # This function adds nothing to its parent implementation (the magic
2903 # happens in get_slice_bound method), but it adds meaningful doc.
-> 2904 return super().slice_locs(start, end, step)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:6879, in Index.slice_locs(self, start, end, step)
6877 start_slice = None
6878 if start is not None:
-> 6879 start_slice = self.get_slice_bound(start, "left")
6880 if start_slice is None:
6881 start_slice = 0
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/multi.py:2848, in MultiIndex.get_slice_bound(self, label, side)
2846 if not isinstance(label, tuple):
2847 label = (label,)
-> 2848 return self._partial_tup_index(label, side=side)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/multi.py:2908, in MultiIndex._partial_tup_index(self, tup, side)
2906 def _partial_tup_index(self, tup: tuple, side: Literal["left", "right"] = "left"):
2907 if len(tup) > self._lexsort_depth:
-> 2908 raise UnsortedIndexError(
2909 f"Key length ({len(tup)}) was greater than MultiIndex lexsort depth "
2910 f"({self._lexsort_depth})"
2911 )
2913 n = len(tup)
2914 start, end = 0, len(self)
UnsortedIndexError: 'Key length (2) was greater than MultiIndex lexsort depth (1)' is_monotonic_increasing() 方法在 MultiIndex 上显示索引是否已排序：
In [117]: dfm.index.is_monotonic_increasing
Out[117]: False In [118]: dfm = dfm.sort_index()
In [119]: dfm
Out[119]:
jolie
jim joe
0 x 0.490671
x 0.120248
1 y 0.110968
z 0.537020
In [120]: dfm.index.is_monotonic_increasing
Out[120]: True 现在选择功能按预期工作。
代码语言：javascript复制In [121]: dfm.loc[(0, "y"):(1, "z")]
Out[121]:
jolie
jim joe
1 y 0.110968
z 0.537020 取方法
与 NumPy ndarrays 类似，pandas 的 Index、Series 和 DataFrame 也提供了 take() 方法，该方法检索给定索引处给定轴上的元素。给定的索引必须是整数索引位置的列表或 ndarray。take 还将接受负整数作为相对于对象末尾的位置。
In [122]: index = pd.Index(np.random.randint(0, 1000, 10))
In [123]: index
Out[123]: Index([214, 502, 712, 567, 786, 175, 993, 133, 758, 329], dtype='int64')
In [124]: positions = [0, 9, 3]
In [125]: index[positions]
Out[125]: Index([214, 329, 567], dtype='int64')
In [126]: index.take(positions)
Out[126]: Index([214, 329, 567], dtype='int64')
In [127]: ser = pd.Series(np.random.randn(10))
In [128]: ser.iloc[positions]
Out[128]:
0 -0.179666
9 1.824375
3 0.392149
dtype: float64
In [129]: ser.take(positions)
Out[129]:
0 -0.179666
9 1.824375
3 0.392149
dtype: float64 对于 DataFrames，给定的索引应该是指定行或列位置的 1d 列表或 ndarray。
代码语言：javascript复制In [130]: frm = pd.DataFrame(np.random.randn(5, 3))
In [131]: frm.take([1, 4, 3])
Out[131]:
0 1 2
1 -1.237881 0.106854 -1.276829
4 0.629675 -1.425966 1.857704
3 0.979542 -1.633678 0.615855
In [132]: frm.take([0, 2], axis=1)
Out[132]:
0 2
0 0.595974 0.601544
1 -1.237881 -1.276829
2 -0.767101 1.499591
3 0.979542 0.615855
4 0.629675 1.857704 需要注意的是，pandas 对象上的 take 方法不适用于布尔索引，并且可能返回意外结果。
In [133]: arr = np.random.randn(10)
In [134]: arr.take([False, False, True, True])
Out[134]: array([-1.1935, -1.1935, 0.6775, 0.6775])
In [135]: arr[[0, 1]]
Out[135]: array([-1.1935, 0.6775])
In [136]: ser = pd.Series(np.random.randn(10))
In [137]: ser.take([False, False, True, True])
Out[137]:
0 0.233141
0 0.233141
1 -0.223540
1 -0.223540
dtype: float64
In [138]: ser.iloc[[0, 1]]
Out[138]:
0 0.233141
1 -0.223540
dtype: float64 最后，关于性能的一点小提示，因为 take 方法处理范围较窄的输入，它可以提供比花式索引快得多的性能。
In [139]: arr = np.random.randn(10000, 5)
In [140]: indexer = np.arange(10000)
In [141]: random.shuffle(indexer)
In [142]: %timeit arr[indexer]
.....: %timeit arr.take(indexer, axis=0)
.....:
257 us - 4.44 us per loop (mean - std. dev. of 7 runs, 1,000 loops each)
79.7 us - 1.15 us per loop (mean - std. dev. of 7 runs, 10,000 loops each) In [143]: ser = pd.Series(arr[:, 0])
In [144]: %timeit ser.iloc[indexer]
.....: %timeit ser.take(indexer)
.....:
144 us - 3.69 us per loop (mean - std. dev. of 7 runs, 10,000 loops each)
129 us - 2 us per loop (mean - std. dev. of 7 runs, 10,000 loops each) 索引类型
我们在前面的章节中已经广泛讨论了MultiIndex。关于DatetimeIndex和PeriodIndex的文档在这里显示 timeseries.html#timeseries-overview，关于TimedeltaIndex的文档在这里找到 timedeltas.html#timedeltas-index。
在接下来的子章节中，我们将重点介绍一些其他索引类型。
CategoricalIndex
CategoricalIndex是一种支持具有重复索引的索引类型。这是围绕Categorical的容器，允许高效地索引和存储具有大量重复元素的索引。
In [145]: from pandas.api.types import CategoricalDtype
In [146]: df = pd.DataFrame({"A": np.arange(6), "B": list("aabbca")})
In [147]: df["B"] = df["B"].astype(CategoricalDtype(list("cab")))
In [148]: df
Out[148]:
A B
0 0 a
1 1 a
2 2 b
3 3 b
4 4 c
5 5 a
In [149]: df.dtypes
Out[149]:
A int64
B category
dtype: object
In [150]: df["B"].cat.categories
Out[150]: Index(['c', 'a', 'b'], dtype='object') 设置索引将创建一个CategoricalIndex。
In [151]: df2 = df.set_index("B")
In [152]: df2.index
Out[152]: CategoricalIndex(['a', 'a', 'b', 'b', 'c', 'a'], categories=['c', 'a', 'b'], ordered=False, dtype='category', name='B') 使用__getitem__/.iloc/.loc进行索引类似于具有重复项的Index。索引器必须在类别中，否则操作将引发KeyError。
In [153]: df2.loc["a"]
Out[153]:
A
B
a 0
a 1
a 5 在索引后，CategoricalIndex是保留的：
In [154]: df2.loc["a"].index
Out[154]: CategoricalIndex(['a', 'a', 'a'], categories=['c', 'a', 'b'], ordered=False, dtype='category', name='B') 对索引进行排序将按照类别的顺序排序（回想我们使用CategoricalDtype(list('cab'))创建了索引，所以排序顺序是cab）。
In [155]: df2.sort_index()
Out[155]:
A
B
c 4
a 0
a 1
a 5
b 2
b 3 对索引进行分组操作将保留索引的性质。
代码语言：javascript复制In [156]: df2.groupby(level=0, observed=True).sum()
Out[156]:
A
B
c 4
a 6
b 5
In [157]: df2.groupby(level=0, observed=True).sum().index
Out[157]: CategoricalIndex(['c', 'a', 'b'], categories=['c', 'a', 'b'], ordered=False, dtype='category', name='B') 重新索引操作将根据传递的索引器的类型返回一个结果索引。传递列表将返回一个普通的Index；使用Categorical进行索引将返回一个CategoricalIndex，根据传递的Categorical dtype 的类别进行索引。这允许任意索引这些，即使值不在类别中，类似于如何重新索引任何pandas 索引。
In [158]: df3 = pd.DataFrame(
.....: {"A": np.arange(3), "B": pd.Series(list("abc")).astype("category")}
.....: )
.....:
In [159]: df3 = df3.set_index("B")
In [160]: df3
Out[160]:
A
B
a 0
b 1
c 2 In [161]: df3.reindex(["a", "e"])
Out[161]:
A
B
a 0.0
e NaN
In [162]: df3.reindex(["a", "e"]).index
Out[162]: Index(['a', 'e'], dtype='object', name='B')
In [163]: df3.reindex(pd.Categorical(["a", "e"], categories=list("abe")))
Out[163]:
A
B
a 0.0
e NaN
In [164]: df3.reindex(pd.Categorical(["a", "e"], categories=list("abe"))).index
Out[164]: CategoricalIndex(['a', 'e'], categories=['a', 'b', 'e'], ordered=False, dtype='category', name='B') 警告
对CategoricalIndex进行重塑和比较操作必须具有相同的类别，否则将引发TypeError。
In [165]: df4 = pd.DataFrame({"A": np.arange(2), "B": list("ba")})
In [166]: df4["B"] = df4["B"].astype(CategoricalDtype(list("ab")))
In [167]: df4 = df4.set_index("B")
In [168]: df4.index
Out[168]: CategoricalIndex(['b', 'a'], categories=['a', 'b'], ordered=False, dtype='category', name='B')
In [169]: df5 = pd.DataFrame({"A": np.arange(2), "B": list("bc")})
In [170]: df5["B"] = df5["B"].astype(CategoricalDtype(list("bc")))
In [171]: df5 = df5.set_index("B")
In [172]: df5.index
Out[172]: CategoricalIndex(['b', 'c'], categories=['b', 'c'], ordered=False, dtype='category', name='B') In [173]: pd.concat([df4, df5])
Out[173]:
A
B
b 0
a 1
b 0
c 1
```### RangeIndex
`RangeIndex`是`DataFrame`和`Series`对象的默认索引的子类。`RangeIndex`是`Index`的优化版本，可以表示一个单调有序集合。这类似于 Python 的[range 类型](https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html#typesseq-range)。`RangeIndex`将始终具有`int64` dtype。
```py
In [174]: idx = pd.RangeIndex(5)
In [175]: idx
Out[175]: RangeIndex(start=0, stop=5, step=1) RangeIndex是所有DataFrame和Series对象的默认索引：
In [176]: ser = pd.Series([1, 2, 3])
In [177]: ser.index
Out[177]: RangeIndex(start=0, stop=3, step=1)
In [178]: df = pd.DataFrame([[1, 2], [3, 4]])
In [179]: df.index
Out[179]: RangeIndex(start=0, stop=2, step=1)
In [180]: df.columns
Out[180]: RangeIndex(start=0, stop=2, step=1) RangeIndex的行为类似于具有int64 dtype 的Index，对RangeIndex的操作，其结果无法由RangeIndex表示，但应具有整数 dtype，将转换为具有int64的Index。例如：
In [181]: idx[[0, 2]]
Out[181]: Index([0, 2], dtype='int64')
```### 区间索引
`IntervalIndex`以及其自己的 dtype，`IntervalDtype`以及`Interval`标量类型，为 pandas 提供了区间表示的一流支持。
`IntervalIndex`允许一些独特的索引，并且也被用作`cut()`和`qcut()`中的返回类型。
#### 使用`IntervalIndex`进行索引
`IntervalIndex`可以作为`Series`和`DataFrame`的索引使用。
```py
In [182]: df = pd.DataFrame(
.....: {"A": [1, 2, 3, 4]}, index=pd.IntervalIndex.from_breaks([0, 1, 2, 3, 4])
.....: )
.....:
In [183]: df
Out[183]:
A
(0, 1] 1
(1, 2] 2
(2, 3] 3
(3, 4] 4 通过.loc进行基于标签的索引，沿着区间的边缘工作如你所期望的，选择特定的区间。
In [184]: df.loc[2]
Out[184]:
A 2
Name: (1, 2], dtype: int64
In [185]: df.loc[[2, 3]]
Out[185]:
A
(1, 2] 2
(2, 3] 3 ���果选择一个在区间内的标签，这也将选择该区间。
代码语言：javascript复制In [186]: df.loc[2.5]
Out[186]:
A 3
Name: (2, 3], dtype: int64
In [187]: df.loc[[2.5, 3.5]]
Out[187]:
A
(2, 3] 3
(3, 4] 4 使用Interval进行选择将仅返回精确匹配。
In [188]: df.loc[pd.Interval(1, 2)]
Out[188]:
A 2
Name: (1, 2], dtype: int64 尝试选择不完全包含在IntervalIndex中的Interval将引发KeyError。
In [189]: df.loc[pd.Interval(0.5, 2.5)]
---------------------------------------------------------------------------
KeyError Traceback (most recent call last)
Cell In[189], line 1
----> 1 df.loc[pd.Interval(0.5, 2.5)]
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1191, in _LocationIndexer.__getitem__(self, key)
1189 maybe_callable = com.apply_if_callable(key, self.obj)
1190 maybe_callable = self._check_deprecated_callable_usage(key, maybe_callable)
-> 1191 return self._getitem_axis(maybe_callable, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1431, in _LocIndexer._getitem_axis(self, key, axis)
1429 # fall thru to straight lookup
1430 self._validate_key(key, axis)
-> 1431 return self._get_label(key, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1381, in _LocIndexer._get_label(self, label, axis)
1379 def _get_label(self, label, axis: AxisInt):
1380 # GH#5567 this will fail if the label is not present in the axis.
-> 1381 return self.obj.xs(label, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/generic.py:4301, in NDFrame.xs(self, key, axis, level, drop_level)
4299 new_index = index[loc]
4300 else:
-> 4301 loc = index.get_loc(key)
4303 if isinstance(loc, np.ndarray):
4304 if loc.dtype == np.bool_:
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/interval.py:678, in IntervalIndex.get_loc(self, key)
676 matches = mask.sum()
677 if matches == 0:
--> 678 raise KeyError(key)
679 if matches == 1:
680 return mask.argmax()
KeyError: Interval(0.5, 2.5, closed='right') 可以使用overlaps()方法创建一个布尔索引器，选择与给定Interval重叠的所有Intervals。
In [190]: idxr = df.index.overlaps(pd.Interval(0.5, 2.5))
In [191]: idxr
Out[191]: array([ True, True, True, False])
In [192]: df[idxr]
Out[192]:
A
(0, 1] 1
(1, 2] 2
(2, 3] 3 使用cut和qcut对数据进行分箱
cut()和qcut()都返回一个Categorical对象，它们创建的区间被存储为其.categories属性中的IntervalIndex。
In [193]: c = pd.cut(range(4), bins=2)
In [194]: c
Out[194]:
[(-0.003, 1.5], (-0.003, 1.5], (1.5, 3.0], (1.5, 3.0]]
Categories (2, interval[float64, right]): [(-0.003, 1.5] < (1.5, 3.0]]
In [195]: c.categories
Out[195]: IntervalIndex([(-0.003, 1.5], (1.5, 3.0]], dtype='interval[float64, right]') cut()还接受一个IntervalIndex作为其bins参数，这使得一种有用的 pandas 习惯成为可能。首先，我们使用一些数据和bins设置为一个固定数字调用cut()，以生成区间。然后，我们将.categories的值作为后续调用cut()的bins参数传递，提供新的数据，这些数据将被分到相同的区间中。
In [196]: pd.cut([0, 3, 5, 1], bins=c.categories)
Out[196]:
[(-0.003, 1.5], (1.5, 3.0], NaN, (-0.003, 1.5]]
Categories (2, interval[float64, right]): [(-0.003, 1.5] < (1.5, 3.0]] 任何落在所有区间之外的值将被赋予一个NaN值。
生成区间的范围
如果我们需要定期频率的区间，我们可以使用interval_range()函数使用start、end和periods的各种组合创建一个IntervalIndex。interval_range的默认频率是数值区间为 1，日期时间区间为日历日：
In [197]: pd.interval_range(start=0, end=5)
Out[197]: IntervalIndex([(0, 1], (1, 2], (2, 3], (3, 4], (4, 5]], dtype='interval[int64, right]')
In [198]: pd.interval_range(start=pd.Timestamp("2017-01-01"), periods=4)
Out[198]:
IntervalIndex([(2017-01-01 00:00:00, 2017-01-02 00:00:00],
(2017-01-02 00:00:00, 2017-01-03 00:00:00],
(2017-01-03 00:00:00, 2017-01-04 00:00:00],
(2017-01-04 00:00:00, 2017-01-05 00:00:00]],
dtype='interval[datetime64[ns], right]')
In [199]: pd.interval_range(end=pd.Timedelta("3 days"), periods=3)
Out[199]:
IntervalIndex([(0 days 00:00:00, 1 days 00:00:00],
(1 days 00:00:00, 2 days 00:00:00],
(2 days 00:00:00, 3 days 00:00:00]],
dtype='interval[timedelta64[ns], right]') freq参数可用于指定非默认频率，并且可以利用各种频率别名与类似于日期时间的间隔：
In [200]: pd.interval_range(start=0, periods=5, freq=1.5)
Out[200]: IntervalIndex([(0.0, 1.5], (1.5, 3.0], (3.0, 4.5], (4.5, 6.0], (6.0, 7.5]], dtype='interval[float64, right]')
In [201]: pd.interval_range(start=pd.Timestamp("2017-01-01"), periods=4, freq="W")
Out[201]:
IntervalIndex([(2017-01-01 00:00:00, 2017-01-08 00:00:00],
(2017-01-08 00:00:00, 2017-01-15 00:00:00],
(2017-01-15 00:00:00, 2017-01-22 00:00:00],
(2017-01-22 00:00:00, 2017-01-29 00:00:00]],
dtype='interval[datetime64[ns], right]')
In [202]: pd.interval_range(start=pd.Timedelta("0 days"), periods=3, freq="9h")
Out[202]:
IntervalIndex([(0 days 00:00:00, 0 days 09:00:00],
(0 days 09:00:00, 0 days 18:00:00],
(0 days 18:00:00, 1 days 03:00:00]],
dtype='interval[timedelta64[ns], right]') 此外，closed参数可用于指定区间的哪一侧是闭合的。默认情况下，区间在右侧是闭合的。
In [203]: pd.interval_range(start=0, end=4, closed="both")
Out[203]: IntervalIndex([[0, 1], [1, 2], [2, 3], [3, 4]], dtype='interval[int64, both]')
In [204]: pd.interval_range(start=0, end=4, closed="neither")
Out[204]: IntervalIndex([(0, 1), (1, 2), (2, 3), (3, 4)], dtype='interval[int64, neither]') 指定start、end和periods将生成从start到end的一系列均匀间隔的区间，包括IntervalIndex中的periods个元素：
In [205]: pd.interval_range(start=0, end=6, periods=4)
Out[205]: IntervalIndex([(0.0, 1.5], (1.5, 3.0], (3.0, 4.5], (4.5, 6.0]], dtype='interval[float64, right]')
In [206]: pd.interval_range(pd.Timestamp("2018-01-01"), pd.Timestamp("2018-02-28"), periods=3)
Out[206]:
IntervalIndex([(2018-01-01 00:00:00, 2018-01-20 08:00:00],
(2018-01-20 08:00:00, 2018-02-08 16:00:00],
(2018-02-08 16:00:00, 2018-02-28 00:00:00]],
dtype='interval[datetime64[ns], right]') 杂项索引常见问题解答
整数索引
使用整数轴标签进行基于标签的索引是一个棘手的问题。在邮件列表和科学 Python 社区的各个成员中已经广泛讨论过这个问题。在 pandas 中，我们的一般观点是标签比整数位置更重要。因此，只有使用整数轴索引时，才能使用标签为基础的索引，例如.loc等标准工具。以下代码将生成异常：
In [207]: s = pd.Series(range(5))
In [208]: s[-1]
---------------------------------------------------------------------------
ValueError Traceback (most recent call last)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/range.py:413, in RangeIndex.get_loc(self, key)
412 try:
--> 413 return self._range.index(new_key)
414 except ValueError as err:
ValueError: -1 is not in range
The above exception was the direct cause of the following exception:
KeyError Traceback (most recent call last)
Cell In[208], line 1
----> 1 s[-1]
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/series.py:1121, in Series.__getitem__(self, key)
1118 return self._values[key]
1120 elif key_is_scalar:
-> 1121 return self._get_value(key)
1123 # Convert generator to list before going through hashable part
1124 # (We will iterate through the generator there to check for slices)
1125 if is_iterator(key):
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/series.py:1237, in Series._get_value(self, label, takeable)
1234 return self._values[label]
1236 # Similar to Index.get_value, but we do not fall back to positional
-> 1237 loc = self.index.get_loc(label)
1239 if is_integer(loc):
1240 return self._values[loc]
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/range.py:415, in RangeIndex.get_loc(self, key)
413 return self._range.index(new_key)
414 except ValueError as err:
--> 415 raise KeyError(key) from err
416 if isinstance(key, Hashable):
417 raise KeyError(key)
KeyError: -1
In [209]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(5, 4))
In [210]: df
Out[210]:
0 1 2 3
0 -0.435772 -1.188928 -0.808286 -0.284634
1 -1.815703 1.347213 -0.243487 0.514704
2 1.162969 -0.287725 -0.179734 0.993962
3 -0.212673 0.909872 -0.733333 -0.349893
4 0.456434 -0.306735 0.553396 0.166221
In [211]: df.loc[-2:]
Out[211]:
0 1 2 3
0 -0.435772 -1.188928 -0.808286 -0.284634
1 -1.815703 1.347213 -0.243487 0.514704
2 1.162969 -0.287725 -0.179734 0.993962
3 -0.212673 0.909872 -0.733333 -0.349893
4 0.456434 -0.306735 0.553396 0.166221 这个故意的决定是为了防止歧义和微妙的错误（许多用户报告在 API 更改为停止“回退”到基于位置的索引时发现错误）。
非单调索引需要精确匹配
如果Series或DataFrame的索引是单调递增或递减的，那么基于标签的切片的边界可以超出索引范围，就像切片索引普通的 Python list一样。可以使用is_monotonic_increasing()和is_monotonic_decreasing()属性测试索引的单调性。
In [212]: df = pd.DataFrame(index=[2, 3, 3, 4, 5], columns=["data"], data=list(range(5)))
In [213]: df.index.is_monotonic_increasing
Out[213]: True
# no rows 0 or 1, but still returns rows 2, 3 (both of them), and 4:
In [214]: df.loc[0:4, :]
Out[214]:
data
2 0
3 1
3 2
4 3
# slice is are outside the index, so empty DataFrame is returned
In [215]: df.loc[13:15, :]
Out[215]:
Empty DataFrame
Columns: [data]
Index: [] 另一方面，如果索引不是单调的，那么切片的两个边界必须是索引的唯一成员。
代码语言：javascript复制In [216]: df = pd.DataFrame(index=[2, 3, 1, 4, 3, 5], columns=["data"], data=list(range(6)))
In [217]: df.index.is_monotonic_increasing
Out[217]: False
# OK because 2 and 4 are in the index
In [218]: df.loc[2:4, :]
Out[218]:
data
2 0
3 1
1 2
4 3 # 0 is not in the index
In [219]: df.loc[0:4, :]
---------------------------------------------------------------------------
KeyError Traceback (most recent call last)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:3805, in Index.get_loc(self, key)
3804 try:
-> 3805 return self._engine.get_loc(casted_key)
3806 except KeyError as err:
File index.pyx:167, in pandas._libs.index.IndexEngine.get_loc()
File index.pyx:191, in pandas._libs.index.IndexEngine.get_loc()
File index.pyx:234, in pandas._libs.index.IndexEngine._get_loc_duplicates()
File index.pyx:242, in pandas._libs.index.IndexEngine._maybe_get_bool_indexer()
File index.pyx:134, in pandas._libs.index._unpack_bool_indexer()
KeyError: 0
The above exception was the direct cause of the following exception:
KeyError Traceback (most recent call last)
Cell In[219], line 1
----> 1 df.loc[0:4, :]
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1184, in _LocationIndexer.__getitem__(self, key)
1182 if self._is_scalar_access(key):
1183 return self.obj._get_value(*key, takeable=self._takeable)
-> 1184 return self._getitem_tuple(key)
1185 else:
1186 # we by definition only have the 0th axis
1187 axis = self.axis or 0
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1377, in _LocIndexer._getitem_tuple(self, tup)
1374 if self._multi_take_opportunity(tup):
1375 return self._multi_take(tup)
-> 1377 return self._getitem_tuple_same_dim(tup)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1020, in _LocationIndexer._getitem_tuple_same_dim(self, tup)
1017 if com.is_null_slice(key):
1018 continue
-> 1020 retval = getattr(retval, self.name)._getitem_axis(key, axis=i)
1021 # We should never have retval.ndim < self.ndim, as that should
1022 # be handled by the _getitem_lowerdim call above.
1023 assert retval.ndim == self.ndim
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1411, in _LocIndexer._getitem_axis(self, key, axis)
1409 if isinstance(key, slice):
1410 self._validate_key(key, axis)
-> 1411 return self._get_slice_axis(key, axis=axis)
1412 elif com.is_bool_indexer(key):
1413 return self._getbool_axis(key, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1443, in _LocIndexer._get_slice_axis(self, slice_obj, axis)
1440 return obj.copy(deep=False)
1442 labels = obj._get_axis(axis)
-> 1443 indexer = labels.slice_indexer(slice_obj.start, slice_obj.stop, slice_obj.step)
1445 if isinstance(indexer, slice):
1446 return self.obj._slice(indexer, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:6662, in Index.slice_indexer(self, start, end, step)
6618 def slice_indexer(
6619 self,
6620 start: Hashable | None = None,
6621 end: Hashable | None = None,
6622 step: int | None = None,
6623 ) -> slice:
6624 """
6625 Compute the slice indexer for input labels and step.
6626
(...)
6660 slice(1, 3, None)
6661 """
-> 6662 start_slice, end_slice = self.slice_locs(start, end, step=step)
6664 # return a slice
6665 if not is_scalar(start_slice):
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:6879, in Index.slice_locs(self, start, end, step)
6877 start_slice = None
6878 if start is not None:
-> 6879 start_slice = self.get_slice_bound(start, "left")
6880 if start_slice is None:
6881 start_slice = 0
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:6804, in Index.get_slice_bound(self, label, side)
6801 return self._searchsorted_monotonic(label, side)
6802 except ValueError:
6803 # raise the original KeyError
-> 6804 raise err
6806 if isinstance(slc, np.ndarray):
6807 # get_loc may return a boolean array, which
6808 # is OK as long as they are representable by a slice.
6809 assert is_bool_dtype(slc.dtype)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:6798, in Index.get_slice_bound(self, label, side)
6796 # we need to look up the label
6797 try:
-> 6798 slc = self.get_loc(label)
6799 except KeyError as err:
6800 try:
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:3812, in Index.get_loc(self, key)
3807 if isinstance(casted_key, slice) or (
3808 isinstance(casted_key, abc.Iterable)
3809 and any(isinstance(x, slice) for x in casted_key)
3810 ):
3811 raise InvalidIndexError(key)
-> 3812 raise KeyError(key) from err
3813 except TypeError:
3814 # If we have a listlike key, _check_indexing_error will raise
3815 # InvalidIndexError. Otherwise we fall through and re-raise
3816 # the TypeError.
3817 self._check_indexing_error(key)
KeyError: 0
# 3 is not a unique label
In [220]: df.loc[2:3, :]
---------------------------------------------------------------------------
KeyError Traceback (most recent call last)
Cell In[220], line 1
----> 1 df.loc[2:3, :]
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1184, in _LocationIndexer.__getitem__(self, key)
1182 if self._is_scalar_access(key):
1183 return self.obj._get_value(*key, takeable=self._takeable)
-> 1184 return self._getitem_tuple(key)
1185 else:
1186 # we by definition only have the 0th axis
1187 axis = self.axis or 0
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1377, in _LocIndexer._getitem_tuple(self, tup)
1374 if self._multi_take_opportunity(tup):
1375 return self._multi_take(tup)
-> 1377 return self._getitem_tuple_same_dim(tup)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1020, in _LocationIndexer._getitem_tuple_same_dim(self, tup)
1017 if com.is_null_slice(key):
1018 continue
-> 1020 retval = getattr(retval, self.name)._getitem_axis(key, axis=i)
1021 # We should never have retval.ndim < self.ndim, as that should
1022 # be handled by the _getitem_lowerdim call above.
1023 assert retval.ndim == self.ndim
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1411, in _LocIndexer._getitem_axis(self, key, axis)
1409 if isinstance(key, slice):
1410 self._validate_key(key, axis)
-> 1411 return self._get_slice_axis(key, axis=axis)
1412 elif com.is_bool_indexer(key):
1413 return self._getbool_axis(key, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexing.py:1443, in _LocIndexer._get_slice_axis(self, slice_obj, axis)
1440 return obj.copy(deep=False)
1442 labels = obj._get_axis(axis)
-> 1443 indexer = labels.slice_indexer(slice_obj.start, slice_obj.stop, slice_obj.step)
1445 if isinstance(indexer, slice):
1446 return self.obj._slice(indexer, axis=axis)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:6662, in Index.slice_indexer(self, start, end, step)
6618 def slice_indexer(
6619 self,
6620 start: Hashable | None = None,
6621 end: Hashable | None = None,
6622 step: int | None = None,
6623 ) -> slice:
6624 """
6625 Compute the slice indexer for input labels and step.
6626
(...)
6660 slice(1, 3, None)
6661 """
-> 6662 start_slice, end_slice = self.slice_locs(start, end, step=step)
6664 # return a slice
6665 if not is_scalar(start_slice):
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:6885, in Index.slice_locs(self, start, end, step)
6883 end_slice = None
6884 if end is not None:
-> 6885 end_slice = self.get_slice_bound(end, "right")
6886 if end_slice is None:
6887 end_slice = len(self)
File ~/work/pandas/pandas/pandas/core/indexes/base.py:6812, in Index.get_slice_bound(self, label, side)
6810 slc = lib.maybe_booleans_to_slice(slc.view("u1"))
6811 if isinstance(slc, np.ndarray):
-> 6812 raise KeyError(
6813 f"Cannot get {side} slice bound for non-unique "
6814 f"label: {repr(original_label)}"
6815 )
6817 if isinstance(slc, slice):
6818 if side == "left":
KeyError: 'Cannot get right slice bound for non-unique label: 3' Index.is_monotonic_increasing和Index.is_monotonic_decreasing只检查索引是否弱单调。要检查严格单调性，可以将其中一个与is_unique()属性结合使用。
In [221]: weakly_monotonic = pd.Index(["a", "b", "c", "c"])
In [222]: weakly_monotonic
Out[222]: Index(['a', 'b', 'c', 'c'], dtype='object')
In [223]: weakly_monotonic.is_monotonic_increasing
Out[223]: True
In [224]: weakly_monotonic.is_monotonic_increasing & weakly_monotonic.is_unique
Out[224]: False 端点是包含的
与标准的 Python 序列切片相比，其中切片的端点不包含在内，pandas 中基于标签的切片是包含的。这样做的主要原因是往往不容易确定索引中特定标签后的“后继”或下一个元素。例如，考虑以下Series：
In [225]: s = pd.Series(np.random.randn(6), index=list("abcdef"))
In [226]: s
Out[226]:
a -0.101684
b -0.734907
c -0.130121
d -0.476046
e 0.759104
f 0.213379
dtype: float64 假设我们希望从c到e进行切片，使用整数可以这样实现：
In [227]: s[2:5]
Out[227]:
c -0.130121
d -0.476046
e 0.759104
dtype: float64 然而，如果你只有c和e，确定索引中的下一个元素可能会有些复杂。例如，以下情况不起作用：
In [228]: s.loc['c':'e' 1]
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
Cell In[228], line 1
----> 1 s.loc['c':'e' 1]
TypeError: can only concatenate str (not "int") to str 一个非常常见的用例是将时间序列限制在两个特定日期开始和结束。为了实现这一点，我们做出了设计选择，使基于标签的切片包括两个端点：
代码语言：javascript复制In [229]: s.loc["c":"e"]
Out[229]:
c -0.130121
d -0.476046
e 0.759104
dtype: float64 这绝对是一种“实用性胜过纯粹性”的事情，但如果您期望基于标签的切片的行为与标准的 Python 整数切片完全相同，那么这是需要注意的事项。
索引可能会改变底层 Series 的 dtype
不同的索引操作可能会改变Series的 dtype。
In [230]: series1 = pd.Series([1, 2, 3])
In [231]: series1.dtype
Out[231]: dtype('int64')
In [232]: res = series1.reindex([0, 4])
In [233]: res.dtype
Out[233]: dtype('float64')
In [234]: res
Out[234]:
0 1.0
4 NaN
dtype: float64 In [235]: series2 = pd.Series([True])
In [236]: series2.dtype
Out[236]: dtype('bool')
In [237]: res = series2.reindex_like(series1)
In [238]: res.dtype
Out[238]: dtype('O')
In [239]: res
Out[239]:
0 True
1 NaN
2 NaN
dtype: object 这是因为上述（重新）索引操作会悄悄地插入NaNs，并且dtype会相应地更改。这可能会在使用numpy的ufuncs（如numpy.logical_and）时造成一些问题。
请参阅GH 2388以获取更详细的讨论。
层次化索引（MultiIndex）
层次化/多级索引非常令人兴奋，因为它为一些相当复杂的数据分析和操作打开了大门，特别是在处理更高维数据时。本质上，它使您能够在较低维数据结构（如Series（1d）和DataFrame（2d））中存储和操作具有任意数量维度的数据。
在本节中，我们将展示“层次化”索引的确切含义以及它如何与上述和之前章节中描述的所有 pandas 索引功能集成。稍后，在讨论分组和数据透视和重塑时，我们将展示非平凡的应用程序，以说明它如何帮助结构化数据进行分析。
请参阅食谱以获取一些高级策略。
创建一个 MultiIndex（层次化索引）对象
MultiIndex对象是标准Index对象的分层类比，通常在 pandas 对象中存储轴标签。您可以将MultiIndex视为一个元组数组，其中每个元组都是唯一的。可以从数组列表（使用MultiIndex.from_arrays()）、元组数组（使用MultiIndex.from_tuples()）、可迭代的交叉集（使用MultiIndex.from_product()）或DataFrame（使用MultiIndex.from_frame()）创建MultiIndex。当传递元组列表给Index构造函数时，构造函数将尝试返回MultiIndex。以下示例演示了初始化 MultiIndexes 的不同方法。
In [1]: arrays = [
...: ["bar", "bar", "baz", "baz", "foo", "foo", "qux", "qux"],
...: ["one", "two", "one", "two", "one", "two", "one", "two"],
...: ]
...:
In [2]: tuples = list(zip(*arrays))
In [3]: tuples
Out[3]:
[('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('baz', 'one'),
('baz', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two'),
('qux', 'one'),
('qux', 'two')]
In [4]: index = pd.MultiIndex.from_tuples(tuples, names=["first", "second"])
In [5]: index
Out[5]:
MultiIndex([('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('baz', 'one'),
('baz', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two'),
('qux', 'one'),
('qux', 'two')],
names=['first', 'second'])
In [6]: s = pd.Series(np.random.randn(8), index=index)
In [7]: s
Out[7]:
first second
bar one 0.469112
two -0.282863
baz one -1.509059
two -1.135632
foo one 1.212112
two -0.173215
qux one 0.119209
two -1.044236
dtype: float64 当您想要两个可迭代元素的每个配对时，可以更容易地使用MultiIndex.from_product()方法：
In [8]: iterables = [["bar", "baz", "foo", "qux"], ["one", "two"]]
In [9]: pd.MultiIndex.from_product(iterables, names=["first", "second"])
Out[9]:
MultiIndex([('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('baz', 'one'),
('baz', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two'),
('qux', 'one'),
('qux', 'two')],
names=['first', 'second']) 您还可以直接从 DataFrame 构建 MultiIndex，使用方法MultiIndex.from_frame()。这是与MultiIndex.to_frame()相辅相成的方法。
In [10]: df = pd.DataFrame(
....: [["bar", "one"], ["bar", "two"], ["foo", "one"], ["foo", "two"]],
....: columns=["first", "second"],
....: )
....:
In [11]: pd.MultiIndex.from_frame(df)
Out[11]:
MultiIndex([('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two')],
names=['first', 'second']) 为了方便起见，您可以直接将数组列表传递给 Series 或 DataFrame，以自动构建MultiIndex：
In [12]: arrays = [
....: np.array(["bar", "bar", "baz", "baz", "foo", "foo", "qux", "qux"]),
....: np.array(["one", "two", "one", "two", "one", "two", "one", "two"]),
....: ]
....:
In [13]: s = pd.Series(np.random.randn(8), index=arrays)
In [14]: s
Out[14]:
bar one -0.861849
two -2.104569
baz one -0.494929
two 1.071804
foo one 0.721555
two -0.706771
qux one -1.039575
two 0.271860
dtype: float64
In [15]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(8, 4), index=arrays)
In [16]: df
Out[16]:
0 1 2 3
bar one -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
two -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988
baz one 0.404705 0.577046 -1.715002 -1.039268
two -0.370647 -1.157892 -1.344312 0.844885
foo one 1.075770 -0.109050 1.643563 -1.469388
two 0.357021 -0.674600 -1.776904 -0.968914
qux one -1.294524 0.413738 0.276662 -0.472035
two -0.013960 -0.362543 -0.006154 -0.923061 所有MultiIndex构造函数都接受一个names参数，用于存储级别本身的字符串名称。如果未提供名称，则将分配None：
In [17]: df.index.names
Out[17]: FrozenList([None, None]) 这个索引可以支持 pandas 对象的任何轴，并且索引的级别数量由您决定：
代码语言：javascript复制In [18]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(3, 8), index=["A", "B", "C"], columns=index)
In [19]: df
Out[19]:
first bar baz ... foo qux
second one two one ... two one two
A 0.895717 0.805244 -1.206412 ... 1.340309 -1.170299 -0.226169
B 0.410835 0.813850 0.132003 ... -1.187678 1.130127 -1.436737
C -1.413681 1.607920 1.024180 ... -2.211372 0.974466 -2.006747
[3 rows x 8 columns]
In [20]: pd.DataFrame(np.random.randn(6, 6), index=index[:6], columns=index[:6])
Out[20]:
first bar baz foo
second one two one two one two
first second
bar one -0.410001 -0.078638 0.545952 -1.219217 -1.226825 0.769804
two -1.281247 -0.727707 -0.121306 -0.097883 0.695775 0.341734
baz one 0.959726 -1.110336 -0.619976 0.149748 -0.732339 0.687738
two 0.176444 0.403310 -0.154951 0.301624 -2.179861 -1.369849
foo one -0.954208 1.462696 -1.743161 -0.826591 -0.345352 1.314232
two 0.690579 0.995761 2.396780 0.014871 3.357427 -0.317441 我们“稀疏化”了索引的较高级别，使控制台输出更加易于阅读。请注意，索引的显示方式可以使用 pandas.set_options() 中的 multi_sparse 选项进行控制：
In [21]: with pd.option_context("display.multi_sparse", False):
....: df
....: 值得记住的是，没有任何限制您在轴上使用元组作为原子标签：
代码语言：javascript复制In [22]: pd.Series(np.random.randn(8), index=tuples)
Out[22]:
(bar, one) -1.236269
(bar, two) 0.896171
(baz, one) -0.487602
(baz, two) -0.082240
(foo, one) -2.182937
(foo, two) 0.380396
(qux, one) 0.084844
(qux, two) 0.432390
dtype: float64 MultiIndex很重要的原因是它可以让您执行分组、选择和重塑操作，我们将在下面和文档的后续部分中描述。正如您将在后面的部分中看到的，您可能会发现自己在不显式创建MultiIndex的情况下使用分层索引数据。但是，在从文件加载数据时，您可能希望在准备数据集时生成自己的MultiIndex。
重建级别标签
方法get_level_values()将返回特定级别上每个位置的标签向量：
In [23]: index.get_level_values(0)
Out[23]: Index(['bar', 'bar', 'baz', 'baz', 'foo', 'foo', 'qux', 'qux'], dtype='object', name='first')
In [24]: index.get_level_values("second")
Out[24]: Index(['one', 'two', 'one', 'two', 'one', 'two', 'one', 'two'], dtype='object', name='second') 在具有 MultiIndex 的轴上进行基本索引
分层索引的一个重要特点是，您可以通过标识数据中的子组的“部分”标签来选择数据。部分选择在结果中以与在常规 DataFrame 中选择列完全类似的方式“删除”分层索引的级别：
代码语言：javascript复制In [25]: df["bar"]
Out[25]:
second one two
A 0.895717 0.805244
B 0.410835 0.813850
C -1.413681 1.607920
In [26]: df["bar", "one"]
Out[26]:
A 0.895717
B 0.410835
C -1.413681
Name: (bar, one), dtype: float64
In [27]: df["bar"]["one"]
Out[27]:
A 0.895717
B 0.410835
C -1.413681
Name: one, dtype: float64
In [28]: s["qux"]
Out[28]:
one -1.039575
two 0.271860
dtype: float64 查看具有分层索引的交叉部分以了解如何在更深层次上进行选择。
定义的级别
MultiIndex保留索引的所有定义级别，即使它们实际上没有被使用。在对索引进行切片时，您可能会注意到这一点。例如：
In [29]: df.columns.levels # original MultiIndex
Out[29]: FrozenList([['bar', 'baz', 'foo', 'qux'], ['one', 'two']])
In [30]: df[["foo","qux"]].columns.levels # sliced
Out[30]: FrozenList([['bar', 'baz', 'foo', 'qux'], ['one', 'two']]) 这样做是为了避免重新计算级别以使切片高度高效。如果您只想看到已使用的级别，可以使用get_level_values()方法。
In [31]: df[["foo", "qux"]].columns.to_numpy()
Out[31]:
array([('foo', 'one'), ('foo', 'two'), ('qux', 'one'), ('qux', 'two')],
dtype=object)
# for a specific level
In [32]: df[["foo", "qux"]].columns.get_level_values(0)
Out[32]: Index(['foo', 'foo', 'qux', 'qux'], dtype='object', name='first') 要仅使用已使用的级别重建MultiIndex，可以使用remove_unused_levels()方法。
In [33]: new_mi = df[["foo", "qux"]].columns.remove_unused_levels()
In [34]: new_mi.levels
Out[34]: FrozenList([['foo', 'qux'], ['one', 'two']]) 数据对齐和使用reindex
在轴上具有MultiIndex的不同索引对象之间的操作将按预期进行；数据对齐将与元组索引的索引相同：
In [35]: s s[:-2]
Out[35]:
bar one -1.723698
two -4.209138
baz one -0.989859
two 2.143608
foo one 1.443110
two -1.413542
qux one NaN
two NaN
dtype: float64
In [36]: s s[::2]
Out[36]:
bar one -1.723698
two NaN
baz one -0.989859
two NaN
foo one 1.443110
two NaN
qux one -2.079150
two NaN
dtype: float64 Series/DataFrames的reindex()方法可以使用另一个MultiIndex，甚至是元组的列表或数组来调用：
In [37]: s.reindex(index[:3])
Out[37]:
first second
bar one -0.861849
two -2.104569
baz one -0.494929
dtype: float64
In [38]: s.reindex([("foo", "two"), ("bar", "one"), ("qux", "one"), ("baz", "one")])
Out[38]:
foo two -0.706771
bar one -0.861849
qux one -1.039575
baz one -0.494929
dtype: float64 创建一个 MultiIndex（分层索引）对象
MultiIndex对象是标准Index对象的分层类比，通常在 pandas 对象中存储轴标签。您可以将MultiIndex视为元组数组，其中每个元组都是唯一的。可以从数组列表（使用MultiIndex.from_arrays()）、元组数组（使用MultiIndex.from_tuples()）、可迭代的交叉集（使用MultiIndex.from_product()）或DataFrame（使用MultiIndex.from_frame()）创建MultiIndex。当传递元组列表给Index构造函数时，该构造函数将尝试返回MultiIndex。以下示例演示了初始化 MultiIndexes 的不同方法。
In [1]: arrays = [
...: ["bar", "bar", "baz", "baz", "foo", "foo", "qux", "qux"],
...: ["one", "two", "one", "two", "one", "two", "one", "two"],
...: ]
...:
In [2]: tuples = list(zip(*arrays))
In [3]: tuples
Out[3]:
[('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('baz', 'one'),
('baz', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two'),
('qux', 'one'),
('qux', 'two')]
In [4]: index = pd.MultiIndex.from_tuples(tuples, names=["first", "second"])
In [5]: index
Out[5]:
MultiIndex([('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('baz', 'one'),
('baz', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two'),
('qux', 'one'),
('qux', 'two')],
names=['first', 'second'])
In [6]: s = pd.Series(np.random.randn(8), index=index)
In [7]: s
Out[7]:
first second
bar one 0.469112
two -0.282863
baz one -1.509059
two -1.135632
foo one 1.212112
two -0.173215
qux one 0.119209
two -1.044236
dtype: float64 当您想要两个可迭代元素的每个配对时，可以更容易地使用MultiIndex.from_product()方法：
In [8]: iterables = [["bar", "baz", "foo", "qux"], ["one", "two"]]
In [9]: pd.MultiIndex.from_product(iterables, names=["first", "second"])
Out[9]:
MultiIndex([('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('baz', 'one'),
('baz', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two'),
('qux', 'one'),
('qux', 'two')],
names=['first', 'second']) 您还可以直接从DataFrame构造一个MultiIndex，使用方法MultiIndex.from_frame()。这是与MultiIndex.to_frame()互补的方法。
In [10]: df = pd.DataFrame(
....: [["bar", "one"], ["bar", "two"], ["foo", "one"], ["foo", "two"]],
....: columns=["first", "second"],
....: )
....:
In [11]: pd.MultiIndex.from_frame(df)
Out[11]:
MultiIndex([('bar', 'one'),
('bar', 'two'),
('foo', 'one'),
('foo', 'two')],
names=['first', 'second']) 作为一种便利，您可以直接将数组列表传递给Series或DataFrame，以自动构造一个MultiIndex：
In [12]: arrays = [
....: np.array(["bar", "bar", "baz", "baz", "foo", "foo", "qux", "qux"]),
....: np.array(["one", "two", "one", "two", "one", "two", "one", "two"]),
....: ]
....:
In [13]: s = pd.Series(np.random.randn(8), index=arrays)
In [14]: s
Out[14]:
bar one -0.861849
two -2.104569
baz one -0.494929
two 1.071804
foo one 0.721555
two -0.706771
qux one -1.039575
two 0.271860
dtype: float64
In [15]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(8, 4), index=arrays)
In [16]: df
Out[16]:
0 1 2 3
bar one -0.424972 0.567020 0.276232 -1.087401
two -0.673690 0.113648 -1.478427 0.524988
baz one 0.404705 0.577046 -1.715002 -1.039268
two -0.370647 -1.157892 -1.344312 0.844885
foo one 1.075770 -0.109050 1.643563 -1.469388
two 0.357021 -0.674600 -1.776904 -0.968914
qux one -1.294524 0.413738 0.276662 -0.472035
two -0.013960 -0.362543 -0.006154 -0.923061 所有的MultiIndex构造函数都接受一个names参数，用于存储级别本身的字符串名称。如果没有提供名称，则将分配None：
In [17]: df.index.names
Out[17]: FrozenList([None, None]) 这个索引可以支持 pandas 对象的任何轴，并且索引的级别数量由您决定：
代码语言：javascript复制In [18]: df = pd.DataFrame(np.random.randn(3, 8), index=["A", "B", "C"], columns=index)
In [19]: df
Out[19]:
first bar baz ... foo qux
second one two one ... two one two
A 0.895717 0.805244 -1.206412 ... 1.340309 -1.170299 -0.226169
B 0.410835 0.813850 0.132003 ... -1.187678 1.130127 -1.436737
C -1.413681 1.607920 1.024180 ... -2.211372 0.974466 -2.006747
[3 rows x 8 columns]
In [20]: pd.DataFrame(np.random.randn(6, 6), index=index[:6], columns=index[:6])
Out[20]:
first bar baz foo
second one two one two one two
first second
bar one -0.410001 -0.078638 0.545952 -1.219217 -1.226825 0.769804
two -1.281247 -0.727707 -0.121306 -0.097883 0.695775 0.341734
baz one 0.959726 -1.110336 -0.619976 0.149748 -0.732339 0.687738
two 0.176444 0.403310 -0.154951 0.301624 -2.179861 -1.369849
foo one -0.954208 1.462696 -1.743161 -0.826591 -0.345352 1.314232
two 0.690579 0.995761 2.396780 0.014871 3.357427 -0.317441 我们“稀疏化”了索引的较高级别，以使控制台输出对眼睛更加友好。请注意，可以使用pandas.set_options()中的multi_sparse选项来控制索引的显示方式：
In [21]: with pd.option_context("display.multi_sparse", False):
....: df
....: 值得记住的是，没有任何限制阻止您在轴上使用元组作为原子标签：
代码语言：javascript复制In [22]: pd.Series(np.random.randn(8), index=tuples)
Out[22]:
(bar, one) -1.236269
(bar, two) 0.896171
(baz, one) -0.487602
(baz, two) -0.082240
(foo, one) -2.182937
(foo, two) 0.380396
(qux, one) 0.084844
(qux, two) 0.432390
dtype: float64 MultiIndex很重要的原因是它可以让您执行分组、选择和重塑操作，正如我们将在下面和文档的后续部分中描述的那样。正如您将在后面的部分中看到的，您可能会发现自己在不显式创建MultiIndex的情况下使用分层索引数据。然而，在从文件加载数据时，您可能希望在准备数据集时生成自己的MultiIndex。
重建级别标签
方法get_level_values()将返回特定级别位置的每个标签的向量：
In [23]: index.get_level_values(0)
Out[23]: Index(['bar', 'bar', 'baz', 'baz', 'foo', 'foo', 'qux', 'qux'], dtype='object', name='first')
In [24]: index.get_level_values("second")
Out[24]: Index(['one', 'two', 'one', 'two', 'one', 'two', 'one', 'two'], dtype='object', name='second') 使用MultiIndex在轴上进行基本索引
分层索引的一个重要特点是，您可以通过标识数据中的子组的“部分”标签来选择数据。部分选择会在结果中以与在常规 DataFrame 中选择列完全类似的方式“删除”分层索引的级别：
代码语言：javascript复制In [25]: df["bar"]
Out[25]:
second one two
A 0.895717 0.805244
B 0.410835 0.813850
C -1.413681 1.607920
In [26]: df["bar", "one"]
Out[26]:
A 0.895717
B 0.410835
C -1.413681
Name: (bar, one), dtype: float64
In [27]: df["bar"]["one"]
Out[27]:
A 0.895717
B 0.410835
C -1.413681
Name: one, dtype: float64
In [28]: s["qux"]
Out[28]:
one -1.039575
two 0.271860
dtype: float64 查看具有分层索引的交叉部分以了解如何在更深层次上进行选择。
定义的级别
MultiIndex保留索引的所有定义级别，即使它们实际上没有被使用。在切片索引时，您可能会注意到这一点。例如：
In [29]: df.columns.levels # original MultiIndex
Out[29]: FrozenList([['bar', 'baz', 'foo', 'qux'], ['one', 'two']])
In [30]: df[["foo","qux"]].columns.levels # sliced
Out[30]: FrozenList([['bar', 'baz', 'foo', 'qux'], ['one', 'two']]) 这样做是为了避免重新计算级别，以使切片高度高效。如果您只想看到已使用的级别，可以使用get_level_values()方法。
In [31]: df[["foo", "qux"]].columns.to_numpy()
Out[31]:
array([('foo', 'one'), ('foo', 'two'), ('qux', 'one'), ('qux', 'two')],
dtype=object)
# for a specific level
In [32]: df[["foo", "qux"]].columns.get_level_values(0)
Out[32]: Index(['foo', 'foo', 'qux', 'qux'], dtype='object', name='first') 要仅使用已使用的级别重建MultiIndex，可以使用remove_unused_levels()方法。
In [33]: new_mi = df[["foo", "qux"]].columns.remove_unused_levels()
In [34]: new_mi.levels
Out[34]: FrozenList([['foo', 'qux'], ['one', 'two']]) 数据对齐和使用reindex
在轴上具有MultiIndex的不��索引对象之间的操作将按您的预期工作；数据对齐将与元组索引的索引相同：
In [35]: s s[:-2]
Out[35]:
bar one -1.723698
two -4.209138
baz one -0.989859
two 2.143608
foo one 1.443110
two -1.413542
qux one NaN
two NaN
dtype: float64
In [36]: s s[::2]
Out[36]:
bar one -1.723698
two NaN
baz one -0.989859
two NaN
foo one 1.443110
two NaN
qux one -2.079150
two NaN
dtype: float64 Series/DataFrames的reindex()方法可以与另一个MultiIndex，甚至是元组的列表或数组一起调用：
In [37]: s.reindex(index[:3])
Out[37]:
first second
bar one -0.861849
two -2.104569
baz one -0.494929
dtype: float64
In [38]: s.reindex([("foo", "two"), ("bar", "one"), ("qux", "one"), ("baz", "one")])
Out[38]:
foo two -0.706771
bar one -0.861849
qux one -1.039575
baz one -0.494929
dtype: float64 
