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Polars 中实现类似 Pandas unstack 的透视聚合操作

心靈之曲

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发布时间:2026-02-10 23:04:27

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来源于php中文网

原创

Polars 中实现类似 Pandas unstack 的透视聚合操作

本文详解如何在 polars 中通过 `.pivot()` 方法对 dataframe 按列值展开(unstack),完成分组聚合后的宽表转换,并处理缺失值填充,替代 pandas 中的 `groupby().sum().unstack()` 模式。

在数据处理中,将长格式(long format)DataFrame 转换为宽格式(wide format)——即按某一列的唯一值生成新列,并对对应行进行聚合——是常见需求。Pandas 中常用 groupby(...).agg(...).unstack(fill_value=0) 实现;而在 Polars 中,这一操作由 .pivot() 方法统一承载,兼具灵活性与高性能。

以下以实际示例说明完整流程:

✅ 输入数据准备

import polars as pl

df = pl.DataFrame({
    "left": ["One", "One", "One", "One", "Two"],
    "center": ["P", "P", "I", "I", "I"],
    "right": [100, 100, 100, 100, 100]
})

该 DataFrame 包含 5 行,需按 "left" 分组、按 "center" 列的值("P"/"I")展开为列,并对 "right" 求和。

✅ 核心操作:使用 .pivot()

result = df.pivot(
    values="right",           # 待聚合的数值列(等价于 Pandas 中 agg column)
    index="left",             # 作为新表索引(行标识)的列(等价于 groupby key)
    columns="center",         # 展开为列头的分类列(等价于 unstack level)
    aggregate_function="sum"  # 聚合方式;也支持 pl.sum(), pl.element().sum() 等
)
? 注意:values、index、columns 是 .pivot() 的三个必需参数(Polars ≥ 0.20.0),语义清晰,类比 Pandas pivot_table(index=..., columns=..., values=..., aggfunc=...)。

执行后输出:

shape: (2, 3)
┌──────┬──────┬─────┐
│ left ┆ P    ┆ I   │
│ ---  ┆ ---  ┆ --- │
│ str  ┆ i64  ┆ i64 │
╞══════╪══════╪═════╡
│ One  ┆ 200  ┆ 200 │
│ Two  ┆ null ┆ 100 │
└──────┴──────┴─────┘

可见 "Two" 在 "P" 列下无对应数据,结果为 null —— 这与 Pandas 默认行为一致(unstack 不自动填 0)。

Kodezi
Kodezi

Kodezi是一个代码助手,帮助完成代码生成、bug修复等。

下载

✅ 填充缺失值:.fill_null(0)

若需严格匹配预期输出(P 列中 "Two" 对应 0),链式调用 .fill_null(0) 即可:

result = (
    df.pivot(values="right", index="left", columns="center", aggregate_function="sum")
      .fill_null(0)
)

最终得到:

shape: (2, 3)
┌──────┬─────┬─────┐
│ left ┆ P   ┆ I   │
│ ---  ┆ --- ┆ --- │
│ str  ┆ i64 ┆ i64 │
╞══════╪═════╪═════╡
│ One  ┆ 200 ┆ 200 │
│ Two  ┆ 0   ┆ 100 │
└──────┴─────┴─────┘

⚠️ 注意事项与最佳实践

  • 列值必须可哈希且唯一性明确:columns 参数指定的列中,每个值将成为新列名;若含重复或非法字符(如空格、.),建议提前 .alias() 或 .str.replace_all() 清洗。
  • 聚合函数选择:除 "sum" 外,还支持 "mean"、"count"、"first"、"max" 等字符串简写,或传入 Polars 表达式(如 pl.col("right").sum())以实现复杂逻辑。
  • 性能提示:.pivot() 是惰性求值友好的操作,在 LazyFrame 中同样可用,适合大规模数据管道。
  • 与 .melt() 对称:.pivot() 和 .melt() 构成宽长互转的标准组合,推荐优先使用二者而非手动 group_by().agg() + join() 拼接。

掌握 .pivot(),你就能高效、声明式地完成 Polars 中的“unstack”任务,代码更简洁,语义更直观,性能更可控。

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