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python?df遍歷的N種方式(小結(jié))_python

作者：多凡 ? 更新時(shí)間： 2022-09-17 編程語言

for…in 迭代循環(huán)

首先介紹Python中最常用的for…in循環(huán)遍歷的方式。for…in循環(huán)結(jié)構(gòu)用于遍歷列表、元組、字典、字符串、集合、文件等。其實(shí)for和in是兩個(gè)獨(dú)立的語法，for語句是Python內(nèi)置的迭代器工具，用于從可迭代容器對象（如列表、元組、字典、字符串、集合、文件等）中逐個(gè)讀取元素，直到容器中沒有更多元素為止，工具和對象之間只要遵循可迭代協(xié)議即可進(jìn)行迭代操作。in的存在使得python在操作可迭代對象時(shí)變得簡單得多，用于配合for使用逐個(gè)取可迭代對象的元素。

for語句參與的具體迭代的過程為：可迭代對象通過iter方法返回迭代器，迭代器具有next方法，for循環(huán)不斷地調(diào)用next方法，每次按序返回迭代器中的一個(gè)值，直到迭代到最后，沒有更多元素時(shí)拋出異常StopIteration（Python會(huì)自動(dòng)處理異常）。模擬迭代的過程如下所示：

# 迭代的過程
x = [1,2,3]
its = x.__iter__() #列表是可迭代對象，否則會(huì)提示不是迭代對象
print(its)
# 打印結(jié)果：
<list_iterator object at 0x100f32198>
print(next(its)) # its包含此方法，說明its是迭代器
# 打印結(jié)果：
1
print(next(its)) 
# 打印結(jié)果：
2
print(next(its)) 
# 打印結(jié)果：
3
print(next(its)) 
# 打印結(jié)果：
Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

迭代的優(yōu)點(diǎn)是無需把所有元素一次加載到內(nèi)存中，可以在調(diào)用next方法時(shí)逐個(gè)返回元素，避免出現(xiàn)內(nèi)存空間不夠的情況。

使用for…in循環(huán)方式實(shí)現(xiàn)單均線突破策略。遍歷全部交易日的收盤價(jià)數(shù)值和Ma20數(shù)值，將收盤價(jià)數(shù)值減去Ma20數(shù)值，并使用np.sign()取差值符號(hào)，當(dāng)收盤價(jià)在Ma20上方時(shí)差值為正，收盤價(jià)在Ma20上下方時(shí)差值為負(fù)，由負(fù)轉(zhuǎn)正對應(yīng)為買點(diǎn)，由正轉(zhuǎn)負(fù)對應(yīng)為賣點(diǎn)。如下所示

def forin_looping(df):
    df['signal'] = 0 #df = df.assign(signal = 0)  #可采用assign新增一列
    for i in np.arange(0,df.shape[0]):
        df.iloc[i,df.columns.get_loc('signal')] = np.sign(df.iloc[i]['Close'] - df.iloc[i]['Ma20'])
    return df
print(forin_looping(df_stockload)[0:5])
"""
              High     Low    Open   Close  Volume  Adj Close    Ma20  signal
Date                                                                         
2018-01-29  3587.0  3510.3  3563.6  3523.0  236000     3523.0  3454.3     1.0
2018-01-30  3523.1  3484.7  3511.5  3488.0  186400     3488.0  3461.3     1.0
2018-01-31  3495.5  3454.7  3470.5  3480.8  207300     3480.8  3466.8     1.0
2018-02-01  3495.1  3424.4  3478.7  3447.0  260500     3447.0  3469.9    -1.0
2018-02-02  3463.2  3388.9  3419.2  3462.1  208100     3462.1  3473.4    -1.0
"""

iterrows()生成器方式

另一種Python中常用的遍歷方式為iterrows()生成器方式。所謂生成器其實(shí)是一種特殊的迭代器，內(nèi)部支持了迭代器協(xié)議。Python中提供生成器函數(shù)和生成器表達(dá)式兩種方式實(shí)現(xiàn)生成器，每次請求返回一個(gè)結(jié)果，不需要一次性構(gòu)建一個(gè)結(jié)果列表，節(jié)省了內(nèi)存空間。

在Python 3中可使用range返回一個(gè)迭代器，用來一次一個(gè)值地遍歷一個(gè)范圍.

# 生成器函數(shù)方式實(shí)現(xiàn)生成器
def gensquares(N):
?? ?for i in range(N):
?? ??? ?yield i**2?
? ? ? ??
print(gensquares(5))
#打印結(jié)果：
<generator object gensquares at 0x11a35cf48>

for i in gensquares(5):
?? ?print(i)?
# 打印結(jié)果：
0
1
4
9
16

其實(shí)yield就相當(dāng)于一個(gè)return，只是return返回的是值，但是yield返回的是生成器，除了這點(diǎn)其他都一樣，所以return也好yield也好都只能用在函數(shù)中。

生成器表達(dá)式方式實(shí)現(xiàn)生成器就是類似列表解析，按需產(chǎn)生結(jié)果的一個(gè)對象，例程代碼如下所示：

# 生成器表達(dá)式方式實(shí)現(xiàn)生成器
print(x**2 for x in range(5))
# 打印結(jié)果：
<generator object <genexpr> at 0xb3d31fa4>

print(list(x**2 for x in range(5)))
# 打印結(jié)果：
[0, 1, 4, 9, 16]

通過iterrows()遍歷方式計(jì)算股票每個(gè)交易日收盤價(jià)與Ma20差值，此處iterrows是對dataframe格式數(shù)據(jù)行進(jìn)行迭代的一個(gè)生成器，它返回每行的索引及包含行本身的對象，代碼如下所示：

#iterrows()遍歷方式
def iterrows_loopiter(df):
? ? df['signal'] = 0 #df = df.assign(signal = 0) ?#可采用assign新增一列
? ? for index,row in df.iterrows():
? ? ? ? df.loc[index, 'signal'] = np.sign(row['Close']-row['Ma20'])
? ? return df
print(iterrows_loopiter(df_stockload)[0:5])

"""
? ? ? ? ? ? ? High ? ? Low ? ?Open ? Close ?Volume ?Adj Close ? ?Ma20 ?signal
Date ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
2018-01-29 ?3587.0 ?3510.3 ?3563.6 ?3523.0 ?236000 ? ? 3523.0 ?3454.3 ? ? 1.0
2018-01-30 ?3523.1 ?3484.7 ?3511.5 ?3488.0 ?186400 ? ? 3488.0 ?3461.3 ? ? 1.0
2018-01-31 ?3495.5 ?3454.7 ?3470.5 ?3480.8 ?207300 ? ? 3480.8 ?3466.8 ? ? 1.0
2018-02-01 ?3495.1 ?3424.4 ?3478.7 ?3447.0 ?260500 ? ? 3447.0 ?3469.9 ? ?-1.0
2018-02-02 ?3463.2 ?3388.9 ?3419.2 ?3462.1 ?208100 ? ? 3462.1 ?3473.4 ? ?-1.0
"""

apply()循環(huán)方式

apply()方法可將函數(shù)應(yīng)用于dataframe特定行或列。函數(shù)由lambda方式在代碼中內(nèi)嵌實(shí)現(xiàn)，lambda 為匿名函數(shù)，可以省去定義函數(shù)的過程，讓代碼更加精簡。lambda函數(shù)的末尾包含axis參數(shù)，用來告知Pandas將函數(shù)運(yùn)用于行（axis = 1）或者列（axis = 0）。apply()方法循環(huán)方式實(shí)現(xiàn)的代碼如下所示：

df_stockload['signal'] = df_stockload.apply(lambda row: (np.sign(row['Close']-row['Ma20'])), axis = 1)
print(df_stockload.head())
"""
              High     Low    Open   Close  Volume  Adj Close    Ma20  signal
Date                                                                         
2018-01-29  3587.0  3510.3  3563.6  3523.0  236000     3523.0  3454.3     1.0
2018-01-30  3523.1  3484.7  3511.5  3488.0  186400     3488.0  3461.3     1.0
2018-01-31  3495.5  3454.7  3470.5  3480.8  207300     3480.8  3466.8     1.0
2018-02-01  3495.1  3424.4  3478.7  3447.0  260500     3447.0  3469.9    -1.0
2018-02-02  3463.2  3388.9  3419.2  3462.1  208100     3462.1  3473.4    -1.0

矢量化遍歷方式

此處我們主要處理一維數(shù)組之間的計(jì)算，那么矢量化方式可使用Pandas series 的矢量化方式和Numpy arrays的矢量化方式兩種。
先來看下Pandas series 的矢量化方式。

Pandas的DataFrame、series基礎(chǔ)單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于鏈表，因此可將函數(shù)在整個(gè)鏈表上進(jìn)行矢量化操作，而不用按順序執(zhí)行每個(gè)值。

Pandas包括了非常豐富的矢量化函數(shù)庫，我們可把整個(gè)series（列）作為參數(shù)傳遞，對整個(gè)鏈表進(jìn)行計(jì)算。Pandas series 的矢量化方式實(shí)現(xiàn)代碼如下：

#Pandas series 的矢量化方式
df_stockload['signal'] = np.sign(df_stockload['Close']-df_stockload['Ma20'])
print(df_stockload.head())
"""
              High     Low    Open   Close  Volume  Adj Close    Ma20  signal
Date                                                                         
2018-01-29  3587.0  3510.3  3563.6  3523.0  236000     3523.0  3454.3     1.0
2018-01-30  3523.1  3484.7  3511.5  3488.0  186400     3488.0  3461.3     1.0
2018-01-31  3495.5  3454.7  3470.5  3480.8  207300     3480.8  3466.8     1.0
2018-02-01  3495.1  3424.4  3478.7  3447.0  260500     3447.0  3469.9    -1.0
2018-02-02  3463.2  3388.9  3419.2  3462.1  208100     3462.1  3473.4    -1.0
"""

對于Numpy arrays的矢量化方式，由于本例的矢量化運(yùn)算中只使用了series的數(shù)值，無需使用索引等信息，因此可將series轉(zhuǎn)換為array類型，節(jié)省操作過程中的很多開銷。

我們可使用values 方法將鏈表從Pandas series轉(zhuǎn)換為NumPy arrays，把NumPy array作為參數(shù)傳遞，對整個(gè)鏈表進(jìn)行計(jì)算。Numpy arrays的矢量化方式實(shí)現(xiàn)代碼如下：

#Numpy arrays的矢量化方式
df_stockload['signal'] = np.sign(df_stockload['Close'].values-df_stockload['Ma20'].values)
print(df_stockload.head())
"""
              High     Low    Open   Close  Volume  Adj Close    Ma20  signal
Date                                                                         
2018-01-29  3587.0  3510.3  3563.6  3523.0  236000     3523.0  3454.3     1.0
2018-01-30  3523.1  3484.7  3511.5  3488.0  186400     3488.0  3461.3     1.0
2018-01-31  3495.5  3454.7  3470.5  3480.8  207300     3480.8  3466.8     1.0
2018-02-01  3495.1  3424.4  3478.7  3447.0  260500     3447.0  3469.9    -1.0
2018-02-02  3463.2  3388.9  3419.2  3462.1  208100     3462.1  3473.4    -1.0
"""

執(zhí)行效率對比

#使用timeit方法對比方法參考例程如下，需要import timeit模塊：
from timeit import timeit
def test1():
? ? forin_looping(df_stockload)
def test2():
? ? iterrows_loopiter(df_stockload)
def test3():
? ? df_stockload['signal'] = df_stockload.apply(lambda row: (np.sign(row['Close'] - row['Ma20'])), axis=1)
def test4():
? ? df_stockload['signal'] = np.sign(df_stockload['Close']-df_stockload['Ma20'])
def test5():
? ? df_stockload['signal'] = np.sign(df_stockload['Close'].values - df_stockload['Ma20'].values)

#for..in循環(huán)迭代方式
t1 = timeit('test1()', 'from __main__ import test1', number=100)
#iterrows()遍歷方式
t2 = timeit('test2()', 'from __main__ import test2', number=100)
#apply()方法循環(huán)方式
t3 = timeit('test3()', 'from __main__ import test3', number=100)
#Pandas series 的矢量化方式
t4 = timeit('test4()', 'from __main__ import test4', number=100)
#Numpy arrays的矢量化方式：
t5 = timeit('test5()', 'from __main__ import test5', number=100)

print(t1,t2,t3,t4,t5)
#14.943237108999998 8.827773373 0.5511996379999999 0.02215727200000117 0.012933490000001768

總結(jié)

可以看出循環(huán)執(zhí)行的速度是最慢的，iterrows()針對Pandas的dataframe進(jìn)行了優(yōu)化，相比直接循環(huán)有顯著提升。apply()方法也是在行之間進(jìn)行循環(huán)，但由于利用了類似Cython的迭代器的一系列全局優(yōu)化，其效率要比iterrows高很多。
NumPy arrays的矢量化運(yùn)行速度最快，其次是Pandas series矢量化。

由于矢量化是同時(shí)作用于整個(gè)序列的，可以節(jié)省更多的時(shí)間，相比使用標(biāo)量操作更好，NumPy使用預(yù)編譯的C代碼在底層進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)也避免了Pandas series操作過程中的很多開銷，例如索引、數(shù)據(jù)類型等等，因此，NumPy arrays的操作要比Pandas series快得多。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_44580977/article/details/102016863

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