python读取和保存为excel、csv、txt文件及对DataFrame文件的基本操作指南

让我们开展Python读取和保存为Excel、CSV、TXT文件及对DataFrame文件的基本操作指南。本攻略将涵盖Python中处理文件的基础知识、如何使用pandas库读取和保存各种格式的文件, 以及如何对pandas DataFrame文件进行基本操作。

一、Python基本文件处理和打开文件

Python使用open()函数打开文件，该函数接受两个参数，第一个是文件名，第二个是文件访问模式。文件名是相对路径或绝对路径，文件访问模式是指您打算使用文件的方式。

文件访问模式：

r —— 读取模式，只能读取文件的内容，不能修改文件。
w —— 写入模式，可以删除文件的内容，然后把它写入新的数据。
a —— 追加模式，可以在文件末尾添加新的内容，保留原来的数据。
x —— 独占模式，只能用于新文件的创建，如果文件已经存在，打开失败。
b —— 二进制模式，用于非文本文件，例如图像和声音文件。
t —— 文本模式（默认模式），用于文本文件。

示例1：打开一个文本文件（只读模式）

f = open('text.txt', 'r')
content = f.read()
print(content)
f.close()

示例2：将文本写入文件（覆盖）

f = open('text.txt', 'w')
f.write('这是要写入文件的文本')
f.close()

更多信息请参阅Python官方文档的说明：Python文件操作文档

二、使用Pandas读取和保存文件

Pandas是一种开源数据分析工具，常用于数据预处理和数据分析。Pandas提供了一个高效的数据结构，称为DataFrame。它类似于Excel表格，但可以处理更大的数据集。

2.1 读取Excel文件

首先，让我们看一下如何读取Excel文件。
使用pandas库中的read_excel函数来读取Excel文件。此函数需要文件名并将返回一个DataFrame对象。

import pandas as pd

df = pd.read_excel('example.xlsx')
print(df)

2.2 保存数据到Excel文件

现在我们来看看如何将数据保存到Excel文件中。
使用to_excel方法将数据保存到Excel文件中。此方法将DataFrame对象保存到指定的文件名中。

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
        'age': [25, 30, 35],
        'gender': ['F', 'M', 'M']}
df = pd.DataFrame(data)

df.to_excel('example.xlsx', index=False)

2.3 读取CSV和TXT文件

顾名思义，“CSV格式”表示从逗号分隔值中读取数据的格式，而“TXT格式”（即文本文件格式）表示只提供文本数据的格式。
我们可以使用read_csv函数来读取CSV和TXT文件。

import pandas as pd

df_csv = pd.read_csv('example.csv')
df_txt = pd.read_csv('example.txt', delimiter='\t')

2.4 保存数据到CSV和TXT文件

您可以使用to_csv方法将数据保存为CSV或TXT文件。

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
        'age': [25, 30, 35],
        'gender': ['F', 'M', 'M']}
df = pd.DataFrame(data)

df.to_csv('example.csv', index=False)
df.to_csv('example.txt', index=False, sep='\t')

三、Pandas DataFrame基本操作

对于读取和保存文件，您已经掌握了pandas。现在，您可以了解如何对Pandas DataFrame进行基本操作。

3.1 DataFrame数据预览

在操作DataFrame之前，让我们首先预览数据集的内容。使用head()方法可以查看前几行数据（默认前5行），tail()方法可以访问后几行数据。

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
        'age': [25, 30, 35],
        'gender': ['F', 'M', 'M']}
df = pd.DataFrame(data)

print(df.head())
print(df.tail())

3.2 DataFrame基本统计数据

describe()方法可以为数据集创建简单的描述统计数据集，并计算每个特征的最小值、最大值等等。

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
        'age': [25, 30, 35],
        'gender': ['F', 'M', 'M']}
df = pd.DataFrame(data)

print(df.describe())

3.3 DataFrame基本操作

3.3.1 筛选

Pandas DataFrame提供了多种选择数据的方法。例如我们可以使用iloc根据行位置选择数据，使用loc根据标签选择数据。

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
        'age': [25, 30, 35],
        'gender': ['F', 'M', 'M']}
df = pd.DataFrame(data)

# iloc根据行位置和列位置选择数据
print(df.iloc[0, :])  # 第一行所有列
print(df.iloc[:, 0])  # 所有行的第一列

# loc根据标签选择数据
print(df.loc[0, 'name'])  # 第一行的name

3.3.2 过滤

Pandas DataFrame提供了从数据集中选择行和列的方法。
我们可以使用query函数过滤行，也可以使用特殊语法语句（与或非）过滤行。

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
        'age': [25, 30, 35],
        'gender': ['F', 'M', 'M']}
df = pd.DataFrame(data)

# 过滤行
df2 = df.query('age > 28')
print(df2)

# 特殊语法过滤行
df3 = df[(df['age'] > 28) | (df['gender'] == 'M')]
print(df3)

# 过滤列
df4 = df[['name', 'age']]
print(df4)

3.4 转换数据

对于一个数据集，您可能需要对它进行转换才能使用它。
Pandas DataFrame提供了多种转换数据的方法。例如，我们可以通过使用apply函数转换数据集。

import pandas as pd

data = {'name': ['Alice', 'Bob', 'Charlie'],
        'age': [25, 30, 35],
        'gender': ['F', 'M', 'M']}
df = pd.DataFrame(data)

def get_name_length(name):
    return len(name)

df['name_length'] = df['name'].apply(get_name_length)
print(df)

这是一个提取'名字'列的字符串长度的示例。

四、示例

现在，我们通过一个实际的数据集对前面的内容进行实践，来检查读取、处理和保存文件的技巧。

任务说明：在本次任务中，我们将载入鸢尾花数据集，选择适当的特征和算法来训练模型，并将结果保存到一个CSV格式的文件中。

导入必要的库和模块。

import pandas as pd
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
from sklearn.model_selection import train_test_split

读取数据集并创建DataFrame。

iris = load_iris()
df = pd.DataFrame(
    iris['data'],
    columns=['sepal_length', 'sepal_width', 'petal_length', 'petal_width']
)
df['target'] = iris['target']

数据预处理。

我们可以根据任务需求选择适当的特征。

x = df.loc[:, ['petal_length', 'petal_width']]
y = df['target']

拆分数据集。

在拆分数据之前，您需要将数据集中的特征和标签分开。您可以使用train_test_split方法来拆分数据集。

x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, test_size=0.2, random_state=42)

训练和预测数据集。

使用KNN算法训练数据集并预测获得的结果。

knn = KNeighborsClassifier(n_neighbors=3)
knn.fit(x_train, y_train)
y_pred = knn.predict(x_test)

保存结果。

df_result = pd.DataFrame({'actual': y_test, 'predicted': y_pred})
df_result.to_csv('result.csv', index=False)

这是一个基于鸢尾花数据集的示例，您可以将此示例用于比较和学习。

以上是Python读取和保存为Excel、CSV、TXT文件及对DataFrame文件的基本操作指南的完整攻略。通过此攻略，您可以了解如何处理各种文件格式和Pandas DataFrame。感谢您的阅读！

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