Pandas-Typisierung: Best Practices für effizienten und wartbaren Code

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Omar C. Williams

Published on 17.8.2023

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Pandas-Typisierung ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das Python-Entwickler verwenden können, um effizienteren und wartbaren Code zu schreiben. Dabei handelt es sich um die Verwendung von Typ-Hinweisen in Verbindung mit der Pandas-Bibliothek, einem beliebten Werkzeug zur Datenanalyse und -manipulation. Das Hauptstichwort dieses Artikels ist "Pandas-Typisierung", und wir werden deren Anwendung in der Python-Programmierung, ihre Vorteile und wie sie zur Verbesserung der Code-Qualität verwendet werden kann, erkunden.

Die Verwendung von Typ-Hinweisen in Python, insbesondere mit Pandas, ist nicht nur ein Trend, sondern eine bewährte Vorgehensweise, die in der Python-Community an Bedeutung gewinnt. Typ-Hinweise sind eine Form der Dokumentation, die Entwicklern helfen kann zu verstehen, welche Art von Daten eine Funktion erwartet und was sie zurückgibt. Dies kann besonders nützlich sein, wenn man mit Pandas DataFrames und Series arbeitet, wo die Datentypen stark variieren können.

Was ist Pandas-Typisierung?

Pandas-Typisierung bezieht sich auf die Verwendung von Typ-Hinweisen in Verbindung mit Pandas, einer Datenanalyse- und -manipulationsbibliothek in Python. Dabei werden die erwarteten Datentypen von Funktionsargumenten und Rückgabewerten annotiert, was dazu beitragen kann, potenzielle Fehler früh im Entwicklungsprozess zu erkennen. Diese Praxis kann die Lesbarkeit und Wartbarkeit des Codes signifikant verbessern, insbesondere in großen Code-Basen.

Pandas-Typisierung bedeutet nicht nur das Hinzufügen von Typ-Hinweisen zu Ihrem Pandas-Code. Es geht darum, das Typisierungsmodul von Python zu nutzen, um Ihren Pandas-Code robuster und leichter verständlich zu machen. Dies kann besonders vorteilhaft sein, wenn man mit Pandas DataFrames und Series arbeitet, da es dazu beitragen kann, sicherzustellen, dass die korrekten Datentypen verwendet werden und potenzielle Laufzeitfehler vermieden werden.

Wie man das Typisierungsmodul mit Pandas verwendet

Das Typisierungsmodul in Python ist ein integriertes Modul für Typ-Hinweise. Es definiert eine Standardnotation für Python-Funktionsannotationen, was es einfacher macht, die erwarteten Eingabe- und Ausgabetypen von Funktionen und Methoden anzugeben. So verwenden Sie das Typisierungsmodul mit Pandas:

from typing import List
import pandas as pd
 
def create_dataframe(data: List[dict]) -> pd.DataFrame:
    return pd.DataFrame(data)

Im obigen Beispiel wird erwartet, dass die Funktion create_dataframe eine Liste von Wörterbüchern als Eingabe nimmt (data: List[dict]) und einen Pandas DataFrame zurückgibt (-> pd.DataFrame). Dadurch wird jedem, der den Code liest, klar, welche Art von Daten die Funktion erwartet und was sie zurückgibt.

Pythonische Typ-Hinweise mit Pandas

Pythonische Typ-Hinweise mit Pandas beinhalten die Verwendung des in Python integrierten Typisierungsmoduls, um Pandas-Code zu annotieren. Dadurch wird die Lesbarkeit und Wartbarkeit des Codes verbessert und potenzielle Typfehler vor der Laufzeit erkannt.

Zum Beispiel betrachten Sie eine Funktion, die einen Pandas DataFrame als Eingabe nimmt und eine Series zurückgibt. Sie können Typ-Hinweise verwenden, um dies anzugeben, wie unten gezeigt:

from typing import List
import pandas as pd
 
def get_first_column(df: pd.DataFrame) -> pd.Series:
    return df.iloc[:, 0]

In diesem Beispiel wird erwartet, dass die Funktion get_first_column einen Pandas DataFrame als Eingabe nimmt (df: pd.DataFrame) und eine Pandas Series zurückgibt (-> pd.Series). Dadurch wird jedem, der den Code liest, klar, welche Art von Daten die Funktion erwartet und was sie zurückgibt.

Die Verwendung von pythonischen Typ-Hinweisen mit Pandas kann sicherstellen, dass Sie die korrekten Datentypen in Ihrem Pandas-Code verwenden, was potenzielle Laufzeitfehler verhindern und Ihren Code leichter verständlich und wartbar machen kann.

Spezifizierung von Pandas Typ-Hinweisen mit bestimmten Spalten

Bei der Arbeit mit Pandas DataFrames hat man oft mit Daten verschiedener Typen zu tun. Zum Beispiel kann eine Spalte ganze Zahlen enthalten, eine andere Zeichenketten und eine weitere boolesche Werte. In solchen Fällen können Sie Pandas-Typisierung verwenden, um die Datentypen bestimmter Spalten in Ihrem DataFrame anzugeben.

Hier ist ein Beispiel:

from typing import Dict
import pandas as pd
 
def process_dataframe(df: pd.DataFrame) -> Dict[str, pd.Series]:
    # DataFrame verarbeiten und ein Wörterbuch von Series zurückgeben
    result = {
        "int_column": df["int_column"].astype(int),
        "str_column": df["str_column"].astype(str),
        "bool_column": df["bool_column"].astype(bool),
    }
    return result

In diesem Beispiel nimmt die Funktion process_dataframe einen Pandas DataFrame als Eingabe und gibt ein Wörterbuch zurück, bei dem jedes Schlüssel-Wert-Paar einem Spaltennamen und einer Pandas Series eines bestimmten Typs entspricht. Dadurch wird klar, welche Art von Daten jede Spalte im DataFrame enthalten sollte.

Die Verwendung von Pandas-Typisierung zur Angabe der Datentypen bestimmter Spalten kann sicherstellen, dass Ihr DataFrame die korrekten Datentypen enthält, was potenzielle Laufzeitfehler verhindern und die Arbeit mit Ihrem DataFrame erleichtern kann.

Vorteile der Verwendung von Typ-Hinweisen mit Pandas DataFrame

Typ-Hinweise in Pandas können die Qualität Ihres Codes erheblich verbessern. Sie machen Ihren Code lesbarer und wartbarer, da sie explizite Informationen darüber bereitstellen, welche Art von Daten eine Funktion erwartet und was sie zurückgibt. Dies kann besonders vorteilhaft sein, wenn man mit Pandas DataFrames arbeitet, da dies dazu beitragen kann, sicherzustellen, dass die korrekten Datentypen verwendet werden und potenzielle Laufzeitfehler vermieden werden.

Zum Beispiel betrachten Sie eine Funktion, die einen Pandas DataFrame als Eingabe nimmt und einen DataFrame mit nur den numerischen Spalten zurückgibt. Sie können Typ-Hinweise verwenden, um dies anzugeben, wie unten gezeigt:

from typing import List
import pandas as pd
 
def select_numeric_columns(df: pd.DataFrame) -> pd.DataFrame:
    numeric_df = df.select_dtypes(include=[np.number])
    return numeric_df

In diesem Beispiel wird erwartet, dass die Funktion select_numeric_columns ein Pandas DataFrame als Eingabe (df: pd.DataFrame) annimmt und ein neues DataFrame mit nur den numerischen Spalten zurückgibt (-> pd.DataFrame). Dadurch wird für jeden, der den Code liest, deutlich, welche Art von Daten die Funktion erwartet und zurückgibt.

Vorhandenen Pandas-Code mit Typ-Hinweisen versehen

Wenn Sie bereits vorhandenen Pandas-Code haben, der keine Typ-Hinweise verwendet, können Sie diese dennoch hinzufügen, um die Lesbarkeit und Wartbarkeit Ihres Codes zu verbessern. So können Sie es tun:

1. Importieren Sie die notwendigen Typen aus dem typing Modul.
2. Fügen Sie für jede Funktion oder Methode Typ-Hinweise für die Argumente und den Rückgabewert hinzu.
3. Führen Sie einen Typ-Checker wie mypy aus, um zu überprüfen, ob Ihre Typ-Hinweise korrekt sind.

Hier ist ein Beispiel, wie Sie vorhandenen Pandas-Code mit Typ-Hinweisen versehen können:

# Vorher
import pandas as pd
 
def calculate_mean(df):
    return df.mean()
 
# Nachher
from typing import List
import pandas as pd
 
def calculate_mean(df: pd.DataFrame) -> pd.Series:
    return df.mean()

In der annotierten Version des Codes ist klar erkennbar, dass die Funktion calculate_mean ein Pandas DataFrame als Eingabe erwartet und eine Pandas Series zurückgibt.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einem Pandas DataFrame und einer Pandas Series?

Ein Pandas DataFrame ist eine zweidimensionale Datenstruktur mit Spalten unterschiedlicher Typen. Es ähnelt einer Tabelle in einer Tabellenkalkulation oder einer SQL-Datenbank sowie einem Wörterbuch von Series-Objekten. Eine Pandas Series hingegen ist ein eindimensionales Label-Array, das Daten beliebigen Typs halten kann.

Was ist der neue Stil der Typ-Hinweise in der Pandas API?

Der neue Stil der Typ-Hinweise in der Pandas-API verwendet das integrierte typing Modul von Python, um Pandas-Code zu annotieren. Dies kann dazu beitragen, die Lesbarkeit und Wartbarkeit des Codes zu verbessern und potenzielle Typfehler vor Laufzeit zu erkennen.

Wie kann die Leistung der Typisierung in Pandas verbessert werden?

Die Verbesserung der Leistung der Typisierung in Pandas beinhaltet die effektive Verwendung von Typ-Hinweisen in Ihrem Pandas-Code. Dazu gehört die Annotation der erwarteten Datentypen von Funktionsargumenten und Rückgabewerten, das Ausführen eines Typ-Checkers wie mypy zur Überprüfung der Typ-Hinweise und die Verwendung von Pandas-Typisierung zur Spezifizierung der Datentypen bestimmter Spalten in Ihrem DataFrame.