笔记小结:《利用Python进行数据分析》二进制数据格式存储与web交互

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猴君
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二进制数据格式

使用HDF5

读取Microsoft Excel文件

二进制数据格式

实现数据的高效二进制格式存储最简单的办法之一是使用Python内置的pickle序列化。

Python 的 pickle 模块是一个用于序列化和反序列化 Python 对象结构的模块。它允许你将 Python 的任何对象转换为字节流,这样你就可以将这些对象存储在文件中,或者通过网络传输。同样,pickle 也可以用来从字节流中恢复出原来的对象。

pickle模块非常强大,它能够处理几乎所有的 Python 数据类型,包括但不限于列表、字典、类实例等。但是,使用 pickle时需要注意安全性问题,因为反序列化恶意构造的数据可能会执行不安全的代码。因此,通常不建议在不信任的数据源上使用 pickle。如果需要在不安全的环境中使用序列化,可以考虑使用 json模块,尽管 json 模块只能序列化基本的数据类型。
 

pandas对象都有一个用于将数据以pickle格式保存到磁盘上的to_pickle方法:

In [87]: frame = pd.read_csv('examples/ex1.csv') In [88]: frame Out[88]:     a   b   c   d message 0  1   2   3   4   hello 1  5   6   7   8   world 2  9  10  11  12     foo In [89]: frame.to_pickle('examples/frame_pickle')

你可以通过pickle直接读取被pickle化的数据,或是使用更为方便的pandas.read_pickle:

In [90]: pd.read_pickle('examples/frame_pickle') Out[90]:     a   b   c   d message 0  1   2   3   4   hello 1  5   6   7   8   world 2  9  10  11  12     foo

使用HDF5

HDF5是一种存储大规模科学数组数据的非常好的文件格式。它可以被作为C标准库,带有许多语言的接口,如Java、Python和MATLAB等。HDF5中的HDF指的是层次型数据格式(hierarchical data format)。每个HDF5文件都含有一个文件系统式的节点结构,它使你能够存储多个数据集并支持元数据。与其他简单格式相比,HDF5支持多种压缩器的即时压缩,还能更高效地存储重复模式数据。对于那些非常大的无法直接放入内存的数据集,HDF5就是不错的选择,因为它可以高效地分块读写。

虽然可以用PyTables或h5py库直接访问HDF5文件,pandas提供了更为高级的接口,可以简化存储Series和DataFrame对象。HDFStore类可以像字典一样,处理低级的细节:

In [92]: frame = pd.DataFrame({'a': np.random.randn(100)}) In [93]: store = pd.HDFStore('mydata.h5') In [94]: store['obj1'] = frame In [95]: store['obj1_col'] = frame['a'] In [96]: store Out[96]:  <class 'pandas.io.pytables.HDFStore'> File path: mydata.h5 /obj1                frame        (shape->[100,1])                                /obj1_col            series       (shape->[100])                                  /obj2                frame_table  (typ->appendable,nrows->100,ncols->1,indexers-> [index]) /obj3                frame_table  (typ->appendable,nrows->100,ncols->1,indexers-> [index])

HDF5文件中的对象可以通过与字典一样的API进行获取:

In [97]: store['obj1'] Out[97]:             a 0  -0.204708 1   0.478943 2  -0.519439 3  -0.555730 4   1.965781 ..       ... 95  0.795253 96  0.118110 97 -0.748532 98  0.584970 99  0.152677 [100 rows x 1 columns]

HDFStore支持两种存储模式,’fixed’和’table’。后者通常会更慢,但是支持使用特殊语法进行查询操作:

In [98]: store.put('obj2', frame, format='table') In [99]: store.select('obj2', where=['index >= 10 and index <= 15']) Out[99]:             a 10  1.007189 11 -1.296221 12  0.274992 13  0.228913 14  1.352917 15  0.886429 In [100]: store.close()

put是store[‘obj2’] = frame方法的显示版本,允许我们设置其它的选项,比如格式。

pandas.read_hdf函数可以快捷使用这些工具:

In [101]: frame.to_hdf('mydata.h5', 'obj3', format='table') In [102]: pd.read_hdf('mydata.h5', 'obj3', where=['index < 5']) Out[102]:            a 0 -0.204708 1  0.478943 2 -0.519439 3 -0.555730 4  1.965781

读取Microsoft Excel文件

pandas的ExcelFile类或pandas.read_excel函数支持读取存储在Excel 2003(或更高版本)中的表格型数据。这两个工具分别使用扩展包xlrd和openpyxl读取XLS和XLSX文件。你可以用pip或conda安装它们。

要使用ExcelFile,通过传递xls或xlsx路径创建一个实例:

In [104]: xlsx = pd.ExcelFile('examples/ex1.xlsx')

存储在表单中的数据可以read_excel读取到DataFrame:

In [105]: pd.read_excel(xlsx, 'Sheet1') Out[105]:     a   b   c   d message 0  1   2   3   4   hello 1  5   6   7   8   world 2  9  10  11  12     foo

如果要读取一个文件中的多个表单,创建ExcelFile会更快,但你也可以将文件名传递到pandas.read_excel:

In [106]: frame = pd.read_excel('examples/ex1.xlsx', 'Sheet1') In [107]: frame Out[107]:     a   b   c   d message 0  1   2   3   4   hello 1  5   6   7   8   world 2  9  10  11  12     foo

如果要将pandas数据写入为Excel格式,你必须首先创建一个ExcelWriter,然后使用pandas对象的to_excel方法将数据写入到其中:

In [108]: writer = pd.ExcelWriter('examples/ex2.xlsx') In [109]: frame.to_excel(writer, 'Sheet1') In [110]: writer.save()

你还可以不使用ExcelWriter,而是传递文件的路径到to_excel:

In [111]: frame.to_excel('examples/ex2.xlsx')

Web APIs交互

为了搜索最新的30个GitHub上的pandas主题,我们可以发一个HTTP GET请求,使用requests扩展库:

In [113]: import requests In [114]: url = 'https://api.github.com/repos/pandas-dev/pandas/issues' In [115]: resp = requests.get(url) In [116]: resp Out[116]: <Response [200]>

响应对象的json方法会返回一个包含被解析过的JSON字典,加载到一个Python对象中:

In [117]: data = resp.json() In [118]: data[0]['title'] Out[118]: 'Period does not round down for frequencies less that 1 hour'

data中的每个元素都是一个包含所有GitHub主题页数据(不包含评论)的字典。我们可以直接传递数据到DataFrame,并提取感兴趣的字段:

In [119]: issues = pd.DataFrame(data, columns=['number', 'title',    .....:                                      'labels', 'state']) In [120]: issues Out[120]:     number                                              title  \ 0    17666  Period does not round down for frequencies les...    1    17665           DOC: improve docstring of function where    2    17664               COMPAT: skip 32-bit test on int repr    3    17662                          implement Delegator class 4    17654  BUG: Fix series rename called with str alterin...    ..     ...                                                ...    25   17603  BUG: Correctly localize naive datetime strings...    26   17599                     core.dtypes.generic --> cython    27   17596   Merge cdate_range functionality into bdate_range    28   17587  Time Grouper bug fix when applied for list gro...    29   17583  BUG: fix tz-aware DatetimeIndex + TimedeltaInd...                                                   labels state   0                                                  []  open   1   [{'id': 134699, 'url': 'https://api.github.com...  open   2   [{'id': 563047854, 'url': 'https://api.github....  open   3                                                  []  open   4   [{'id': 76811, 'url': 'https://api.github.com/...  open   ..                                                ...   ...   25  [{'id': 76811, 'url': 'https://api.github.com/...  open   26  [{'id': 49094459, 'url': 'https://api.github.c...  open   27  [{'id': 35818298, 'url': 'https://api.github.c...  open   28  [{'id': 233160, 'url': 'https://api.github.com...  open   29  [{'id': 76811, 'url': 'https://api.github.com/...  open   [30 rows x 4 columns]

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