许多原始数据集中会包含缺失值，这里总结一下常见的对缺失值的处理方式，以及如何通过pandas进行实际操作。

生成一个包含缺失值的DataFrame

通过如下代码，可以构造一个包含缺失值的DataFrame。这里用到一个小技巧，首先我们通过numpy的random方法构造了一个包含随机值的DataFrame，然后，用reindex方法添加了几个新的index，这样DataFrame里新增行的初始值就是NaN了。后面我们都通过这种方法，在原始DataFrame的基础上构造包含缺失值的DataFrame。

• 代码：

import pandas as pd
import numpy as np

df = pd.DataFrame(np.random.randn(5, 3), index=['a', 'c', 'e', 'f', 'h'],columns=['one', 'two', 'three'])
print(df)
print('\n')

df = df.reindex(['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h'])
print(df)

• 输出：

        one       two     three
a -0.579503  0.423280  0.452675
c -0.468805 -0.321307  0.891258
e  0.168585  1.008384 -0.630137
f  0.574003 -1.347813 -0.951535
h -0.529655 -1.068217 -0.919875


        one       two     three
a -0.579503  0.423280  0.452675
b       NaN       NaN       NaN
c -0.468805 -0.321307  0.891258
d       NaN       NaN       NaN
e  0.168585  1.008384 -0.630137
f  0.574003 -1.347813 -0.951535
g       NaN       NaN       NaN
h -0.529655 -1.068217 -0.919875

缺失值检测

pandas提供了缺失值的检测方法isnull，该方法通过布尔值的形式反馈某个值是否为缺失值。这样就可以便于观测缺失值，以及后续进一步地通过编程的方法批量地处理缺失值。isnull还有一个镜像方法notnull，以应对不同的编程场景。

• 代码：

import pandas as pd
import numpy as np
 
df = pd.DataFrame(np.random.randn(5, 3), index=['a', 'c', 'e', 'f',
'h'],columns=['one', 'two', 'three'])

df = df.reindex(['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h'])
print(df)
print('\n')

print(df['one'].isnull())

• 输出：

        one       two     three
a -0.146791 -2.330160 -1.499680
b       NaN       NaN       NaN
c -1.581122  0.734590  0.152708
d       NaN       NaN       NaN
e  0.175039 -0.477513 -2.184527
f  0.137429  2.458390 -0.452975
g       NaN       NaN       NaN
h  0.102433  0.729506  1.236861


a    False
b     True
c    False
d     True
e    False
f    False
g     True
h    False
Name: one, dtype: bool

缺失值在求和运算中的行为

如果对一个包含缺失值的列进行求和运算时，缺失值会被当作0来处理。

• 代码：

import pandas as pd
import numpy as np

df = pd.DataFrame(np.random.randn(2, 3), index=['a', 'c'],columns=['one', 'two', 'three'])

df = df.reindex(['a', 'b', 'c'])
print(df)
print('\n')
print(df['one'].sum())

• 输出：

        one       two     three
a -0.590257  0.941664 -0.320593
b       NaN       NaN       NaN
c -0.237803  0.196062  0.323316

-0.8280594903026121

用一个标量值填充缺失值

最简单的缺失值处理方法就是指定一个标量值来进行填充，比如0。

• 代码

import pandas as pd
import numpy as np
df = pd.DataFrame(np.random.randn(3, 3), index=['a', 'c', 'e'],columns=['one',
'two', 'three'])
df = df.reindex(['a', 'b', 'c'])
print(df)
print("\nNaN replaced with '0':")
print(df.fillna(0))

• 输出：

        one       two     three
a  0.667195 -2.287430  0.261266
b       NaN       NaN       NaN
c  0.568405 -0.860137 -1.784247

NaN replaced with '0':
        one       two     three
a  0.667195 -2.287430  0.261266
b  0.000000  0.000000  0.000000
c  0.568405 -0.860137 -1.784247

用临近值填充缺失值

另一个思路是用缺失值附近的值来对其进行填充，这种方法适用于一段连续数据，例如时间序列。pandas提供了pad/fill方法来进行前向填充（用缺失值之前的数据来进行填充），也可以使用bfill/backfill方法来进行后向填充。

• 代码

import pandas as pd
import numpy as np

df = pd.DataFrame(np.random.randn(5, 3), index=['a', 'c', 'e', 'f',
'h'],columns=['one', 'two', 'three'])
df = df.reindex(['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h'])
print(df)
print ("\nNaN replaced with forward values:")
print (df.fillna(method='pad'))

• 输出:

        one       two     three
a  1.669808 -0.034507 -1.756447
b       NaN       NaN       NaN
c  0.988920  0.496142  0.916299
d       NaN       NaN       NaN
e -1.081201 -0.385207 -0.850673
f -1.094450  0.412084 -1.412251
g       NaN       NaN       NaN
h  0.786988  2.220630 -2.125072

NaN replaced with forward values:
        one       two     three
a  1.669808 -0.034507 -1.756447
b  1.669808 -0.034507 -1.756447
c  0.988920  0.496142  0.916299
d  0.988920  0.496142  0.916299
e -1.081201 -0.385207 -0.850673
f -1.094450  0.412084 -1.412251
g -1.094450  0.412084 -1.412251
h  0.786988  2.220630 -2.125072

丢失缺失值

与填充缺失值的思路相比，在数据量足够多或者对数据要求较高的情况下，丢失缺失值未尝不是一个好办法。pandas提供了dropna方法，该方法有一个参数axis（默认值是0），为0时表示丢弃行（通常是一个样本），为1时表示丢弃列（通常是一个特征），可以根据分析结果来选择具体的丢弃方式。下面的代码表示了如何丢弃一行。

• 代码：

import pandas as pd
import numpy as np

df = pd.DataFrame(np.random.randn(5, 3), index=['a', 'c', 'e', 'f',
'h'],columns=['one', 'two', 'three'])

df = df.reindex(['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h'])
print(df)
print("\nNaN row dropped:")
print(df.dropna())

• 输出：

        one       two     three
a -0.493792  0.946581  2.640122
b       NaN       NaN       NaN
c -0.373698  0.461838 -1.692989
d       NaN       NaN       NaN
e  1.593574 -0.713764 -0.208575
f  0.362406 -0.305731  0.400795
g       NaN       NaN       NaN
h -0.094171  1.114953 -0.038143

NaN row dropped:
        one       two     three
a -0.493792  0.946581  2.640122
c -0.373698  0.461838 -1.692989
e  1.593574 -0.713764 -0.208575
f  0.362406 -0.305731  0.400795
h -0.094171  1.114953 -0.038143

总结

本文描述了对缺失值处理的一些常见思路和对应的方法，但在实际应用中，还需要结合数据本身来选择最合适的处理方式。