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Python: 使用 flat_list.extend( List[pandas.Series] ) 實現 pandas.DataFrame 列擴展教學

在資料處理中，我們經常需要將一列資料擴展為多列。
本教學將介紹如何使用 extend() 方法實現這個功能，
避免使用複雜的列表推導式。

問題描述

假設我們有一個簡單的商品 DataFrame，包含以下欄位：

id：商品 ID
name：商品名稱
count：商品數量

我們希望根據 count 欄位的值，
將每一列擴展為多列，每列代表一個商品實例。

步驟 1：準備資料

import pandas as pd
from typing import List

# 創建一個簡單的示例 DataFrame
data = {
    "id": [1, 2],
    "name": ["apple", "banana"],
    "count": [2, 3]
}
df = pd.DataFrame(data)
print("原始 DataFrame:")
print(df)
print("\n")

輸出結果:

步驟 2：定義列擴展函數

def expand_row(row: pd.Series) -> List[pd.Series]:
    """
    將一列擴展為多列
    
    Args:
        row: 一個 pandas Series，代表 DataFrame 中的一列
        
    Returns:
        List[pd.Series]: 擴展後的列列表
    """
    # 獲取當前列的值
    id_val = row["id"]
    name_val = row["name"]
    count_val = row["count"]
    
    # 創建擴展列列表
    expanded_rows: List[pd.Series] = []
    
    # 根據 count 值決定要創建多少列
    for i in range(count_val):
        # 複製原始列
        new_row = row.copy()
        # 添加新欄位
        new_row["instance"] = i + 1
        new_row["new_name"] = f"{name_val}_{i+1}"
        # 將新列添加到擴展列列表
        expanded_rows.append(new_row)
    
    return expanded_rows

取df 中其中一row的資料(pd.Series)
放進去expand_row(row)
效果:

輸入 1 row (pd.Series)進去expand_row()
輸出List[pd.Series],長度2
1 row 被複製為新的2 rows,裝在list中

步驟 3：使用 extend() 擴展整個 DataFrame

def expand_df(df: pd.DataFrame) -> pd.DataFrame:
    """
    擴展整個 DataFrame
    
    Args:
        df: 原始 DataFrame
        
    Returns:
        pd.DataFrame: 擴展後的 DataFrame
    """
    # 創建一個空列表來存儲所有擴展後的列
    flat_rows: List[pd.Series] = []
    
    # 遍歷 DataFrame 的每一列
    for _, row in df.iterrows():
        # 對每一列應用 expand_row 函數，得到擴展的列列表
        expanded_rows = expand_row(row)
        # 使用 extend 將擴展的列添加到平展列表中
        flat_rows.extend(expanded_rows)
    
    # 從平展的列列表創建新的 DataFrame
    return pd.DataFrame(flat_rows)

# 使用擴展函數
result_df = expand_df(df)
print("擴展後的 DataFrame:")
print(result_df)