列表的熊猫列，为每个列表元素创建一行

我有一个数据框，其中某些单元格包含多个值的列表。我不想扩展一个单元格中的多个值，而是想扩展数据框，以便列表中的每个项目都有自己的行（所有其他列中的值都相同）。所以，如果我有：

import pandas as pd
import numpy as np

df = pd.DataFrame(
    {'trial_num': [1, 2, 3, 1, 2, 3],
     'subject': [1, 1, 1, 2, 2, 2],
     'samples': [list(np.random.randn(3).round(2)) for i in range(6)]
    }
)

df
Out[10]: 
                 samples  subject  trial_num
0    [0.57, -0.83, 1.44]        1          1
1    [-0.01, 1.13, 0.36]        1          2
2   [1.18, -1.46, -0.94]        1          3
3  [-0.08, -4.22, -2.05]        2          1
4     [0.72, 0.79, 0.53]        2          2
5    [0.4, -0.32, -0.13]        2          3

如何转换为长格式，例如：

   subject  trial_num  sample  sample_num
0        1          1    0.57           0
1        1          1   -0.83           1
2        1          1    1.44           2
3        1          2   -0.01           0
4        1          2    1.13           1
5        1          2    0.36           2
6        1          3    1.18           0
# etc.

索引并不重要，可以将现有列设置为索引也可以，最后的顺序也不重要。

lst_col = 'samples'

r = pd.DataFrame({
      col:np.repeat(df[col].values, df[lst_col].str.len())
      for col in df.columns.drop(lst_col)}
    ).assign(**{lst_col:np.concatenate(df[lst_col].values)})[df.columns]

结果：

In [103]: r
Out[103]:
    samples  subject  trial_num
0      0.10        1          1
1     -0.20        1          1
2      0.05        1          1
3      0.25        1          2
4      1.32        1          2
5     -0.17        1          2
6      0.64        1          3
7     -0.22        1          3
8     -0.71        1          3
9     -0.03        2          1
10    -0.65        2          1
11     0.76        2          1
12     1.77        2          2
13     0.89        2          2
14     0.65        2          2
15    -0.98        2          3
16     0.65        2          3
17    -0.30        2          3

PS 在这里你可能会发现一些通用的解决方案

更新：一些解释：IMO了解此代码的最简单方法是尝试逐步执行它：

在下一行中，我们将在一列N时间内重复值，其中N-是相应列表的长度：

In [10]: np.repeat(df['trial_num'].values, df[lst_col].str.len())
Out[10]: array([1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3], dtype=int64)

可以对所有包含标量值的列进行概括：

In [11]: pd.DataFrame({
    ...:           col:np.repeat(df[col].values, df[lst_col].str.len())
    ...:           for col in df.columns.drop(lst_col)}
    ...:         )
Out[11]:
    trial_num  subject
0           1        1
1           1        1
2           1        1
3           2        1
4           2        1
5           2        1
6           3        1
..        ...      ...
11          1        2
12          2        2
13          2        2
14          2        2
15          3        2
16          3        2
17          3        2

[18 rows x 2 columns]

使用np.concatenate()我们可以展平列list（samples）中的所有值并获得一维矢量：

In [12]: np.concatenate(df[lst_col].values)
Out[12]: array([-1.04, -0.58, -1.32,  0.82, -0.59, -0.34,  0.25,  2.09,  0.12,  0.83, -0.88,  0.68,  0.55, -0.56,  0.65, -0.04,  0.36, -0.31])

将所有这些放在一起：

In [13]: pd.DataFrame({
    ...:           col:np.repeat(df[col].values, df[lst_col].str.len())
    ...:           for col in df.columns.drop(lst_col)}
    ...:         ).assign(**{lst_col:np.concatenate(df[lst_col].values)})
Out[13]:
    trial_num  subject  samples
0           1        1    -1.04
1           1        1    -0.58
2           1        1    -1.32
3           2        1     0.82
4           2        1    -0.59
5           2        1    -0.34
6           3        1     0.25
..        ...      ...      ...
11          1        2     0.68
12          2        2     0.55
13          2        2    -0.56
14          2        2     0.65
15          3        2    -0.04
16          3        2     0.36
17          3        2    -0.31

[18 rows x 3 columns]

使用pd.DataFrame()[df.columns]将确保我们按原始顺序选择列...

比我预期的长一点：

>>> df
                samples  subject  trial_num
0  [-0.07, -2.9, -2.44]        1          1
1   [-1.52, -0.35, 0.1]        1          2
2  [-0.17, 0.57, -0.65]        1          3
3  [-0.82, -1.06, 0.47]        2          1
4   [0.79, 1.35, -0.09]        2          2
5   [1.17, 1.14, -1.79]        2          3
>>>
>>> s = df.apply(lambda x: pd.Series(x['samples']),axis=1).stack().reset_index(level=1, drop=True)
>>> s.name = 'sample'
>>>
>>> df.drop('samples', axis=1).join(s)
   subject  trial_num  sample
0        1          1   -0.07
0        1          1   -2.90
0        1          1   -2.44
1        1          2   -1.52
1        1          2   -0.35
1        1          2    0.10
2        1          3   -0.17
2        1          3    0.57
2        1          3   -0.65
3        2          1   -0.82
3        2          1   -1.06
3        2          1    0.47
4        2          2    0.79
4        2          2    1.35
4        2          2   -0.09
5        2          3    1.17
5        2          3    1.14
5        2          3   -1.79

如果要顺序索引，可以将其应用于reset_index(drop=True)结果。

更新：

>>> res = df.set_index(['subject', 'trial_num'])['samples'].apply(pd.Series).stack()
>>> res = res.reset_index()
>>> res.columns = ['subject','trial_num','sample_num','sample']
>>> res
    subject  trial_num  sample_num  sample
0         1          1           0    1.89
1         1          1           1   -2.92
2         1          1           2    0.34
3         1          2           0    0.85
4         1          2           1    0.24
5         1          2           2    0.72
6         1          3           0   -0.96
7         1          3           1   -2.72
8         1          3           2   -0.11
9         2          1           0   -1.33
10        2          1           1    3.13
11        2          1           2   -0.65
12        2          2           0    0.10
13        2          2           1    0.65
14        2          2           2    0.15
15        2          3           0    0.64
16        2          3           1   -0.10
17        2          3           2   -0.76

熊猫> = 0.25

Series和DataFrame方法定义一个.explode()将列表分解为单独的行的方法。请参阅爆炸类似列表的docs部分。

df = pd.DataFrame({
    'var1': [['a', 'b', 'c'], ['d', 'e',], [], np.nan], 
    'var2': [1, 2, 3, 4]
})
df
        var1  var2
0  [a, b, c]     1
1     [d, e]     2
2         []     3
3        NaN     4

df.explode('var1')

  var1  var2
0    a     1
0    b     1
0    c     1
1    d     2
1    e     2
2  NaN     3  # empty list converted to NaN
3  NaN     4  # NaN entry preserved as-is

# to reset the index to be monotonically increasing...
df.explode('var1').reset_index(drop=True)

  var1  var2
0    a     1
1    b     1
2    c     1
3    d     2
4    e     2
5  NaN     3
6  NaN     4

请注意，这还可以处理列表和标量的混合列，以及适当的空列表和NaN（这是repeat基于解决方案的缺点）。

但是，您应该注意，explode仅适用于单个列（目前）。

PS：如果要爆炸一列字符串，则需要先在分隔符上进行分割，然后使用explode。看看我的这个（很多）相关答案。

您还可以使用pd.concat和pd.melt为此：

>>> objs = [df, pd.DataFrame(df['samples'].tolist())]
>>> pd.concat(objs, axis=1).drop('samples', axis=1)
   subject  trial_num     0     1     2
0        1          1 -0.49 -1.00  0.44
1        1          2 -0.28  1.48  2.01
2        1          3 -0.52 -1.84  0.02
3        2          1  1.23 -1.36 -1.06
4        2          2  0.54  0.18  0.51
5        2          3 -2.18 -0.13 -1.35
>>> pd.melt(_, var_name='sample_num', value_name='sample', 
...         value_vars=[0, 1, 2], id_vars=['subject', 'trial_num'])
    subject  trial_num sample_num  sample
0         1          1          0   -0.49
1         1          2          0   -0.28
2         1          3          0   -0.52
3         2          1          0    1.23
4         2          2          0    0.54
5         2          3          0   -2.18
6         1          1          1   -1.00
7         1          2          1    1.48
8         1          3          1   -1.84
9         2          1          1   -1.36
10        2          2          1    0.18
11        2          3          1   -0.13
12        1          1          2    0.44
13        1          2          2    2.01
14        1          3          2    0.02
15        2          1          2   -1.06
16        2          2          2    0.51
17        2          3          2   -1.35

最后，如果需要，您可以根据前三列进行排序。

为了逐步了解Roman Pekar的解决方案以更好地理解它，我想出了自己的解决方案，该解决方案melt用于避免一些令人困惑的堆栈和索引重置。我不能说这显然是一个更清晰的解决方案：

items_as_cols = df.apply(lambda x: pd.Series(x['samples']), axis=1)
# Keep original df index as a column so it's retained after melt
items_as_cols['orig_index'] = items_as_cols.index

melted_items = pd.melt(items_as_cols, id_vars='orig_index', 
                       var_name='sample_num', value_name='sample')
melted_items.set_index('orig_index', inplace=True)

df.merge(melted_items, left_index=True, right_index=True)

输出（显然，我们现在可以删除原始样本列）：

                 samples  subject  trial_num sample_num  sample
0    [1.84, 1.05, -0.66]        1          1          0    1.84
0    [1.84, 1.05, -0.66]        1          1          1    1.05
0    [1.84, 1.05, -0.66]        1          1          2   -0.66
1    [-0.24, -0.9, 0.65]        1          2          0   -0.24
1    [-0.24, -0.9, 0.65]        1          2          1   -0.90
1    [-0.24, -0.9, 0.65]        1          2          2    0.65
2    [1.15, -0.87, -1.1]        1          3          0    1.15
2    [1.15, -0.87, -1.1]        1          3          1   -0.87
2    [1.15, -0.87, -1.1]        1          3          2   -1.10
3   [-0.8, -0.62, -0.68]        2          1          0   -0.80
3   [-0.8, -0.62, -0.68]        2          1          1   -0.62
3   [-0.8, -0.62, -0.68]        2          1          2   -0.68
4    [0.91, -0.47, 1.43]        2          2          0    0.91
4    [0.91, -0.47, 1.43]        2          2          1   -0.47
4    [0.91, -0.47, 1.43]        2          2          2    1.43
5  [-1.14, -0.24, -0.91]        2          3          0   -1.14
5  [-1.14, -0.24, -0.91]        2          3          1   -0.24
5  [-1.14, -0.24, -0.91]        2          3          2   -0.91

对于那些寻求避免手动列命名的Roman Pekar答案版本的用户：

column_to_explode = 'samples'
res = (df
       .set_index([x for x in df.columns if x != column_to_explode])[column_to_explode]
       .apply(pd.Series)
       .stack()
       .reset_index())
res = res.rename(columns={
          res.columns[-2]:'exploded_{}_index'.format(column_to_explode),
          res.columns[-1]: '{}_exploded'.format(column_to_explode)})

我发现最简单的方法是：

1. 将samples列转换为DataFrame
2. 加入原始df
3. 融化

如图所示：

    df.samples.apply(lambda x: pd.Series(x)).join(df).\
melt(['subject','trial_num'],[0,1,2],var_name='sample')

        subject  trial_num sample  value
    0         1          1      0  -0.24
    1         1          2      0   0.14
    2         1          3      0  -0.67
    3         2          1      0  -1.52
    4         2          2      0  -0.00
    5         2          3      0  -1.73
    6         1          1      1  -0.70
    7         1          2      1  -0.70
    8         1          3      1  -0.29
    9         2          1      1  -0.70
    10        2          2      1  -0.72
    11        2          3      1   1.30
    12        1          1      2  -0.55
    13        1          2      2   0.10
    14        1          3      2  -0.44
    15        2          1      2   0.13
    16        2          2      2  -1.44
    17        2          3      2   0.73

值得注意的是，这可能仅是有效的，因为每个试验具有相同数量的样本（3）。对于不同样本量的试验，可能需要更巧妙的方法。

答案很晚，但我想添加以下内容：

使用vanilla Python的快速解决方案，它也可以处理sample_numOP示例中的专栏。在我自己的大型数据集上，该数据集具有超过1000万行，结果是2800万行，这仅需要38秒。接受的解决方案会完全破坏该数量的数据，并导致memory error我的系统上具有128GB的RAM。

df = df.reset_index(drop=True)
lstcol = df.lstcol.values
lstcollist = []
indexlist = []
countlist = []
for ii in range(len(lstcol)):
    lstcollist.extend(lstcol[ii])
    indexlist.extend([ii]*len(lstcol[ii]))
    countlist.extend([jj for jj in range(len(lstcol[ii]))])
df = pd.merge(df.drop("lstcol",axis=1),pd.DataFrame({"lstcol":lstcollist,"lstcol_num":countlist},
index=indexlist),left_index=True,right_index=True).reset_index(drop=True)

也很晚，但是如果您没有熊猫> = 0.25版本，这是Karvy1的答案，对我来说效果很好：https：//stackoverflow.com/a/52511166/10740287

对于上面的示例，您可以编写：

data = [(row.subject, row.trial_num, sample) for row in df.itertuples() for sample in row.samples]
data = pd.DataFrame(data, columns=['subject', 'trial_num', 'samples'])

速度测试：

%timeit data = pd.DataFrame([(row.subject, row.trial_num, sample) for row in df.itertuples() for sample in row.samples], columns=['subject', 'trial_num', 'samples'])

每个循环1.33 ms±74.8 µs（平均±标准偏差，共运行7次，每个循环1000个）

%timeit data = df.set_index(['subject', 'trial_num'])['samples'].apply(pd.Series).stack().reset_index()

每个循环4.9 ms±189 µs（平均±标准偏差，共运行7次，每个循环100个）

%timeit data = pd.DataFrame({col:np.repeat(df[col].values, df['samples'].str.len())for col in df.columns.drop('samples')}).assign(**{'samples':np.concatenate(df['samples'].values)})

每个循环1.38 ms±25 µs（平均±标准偏差，共运行7次，每个循环1000个）

import pandas as pd
df = pd.DataFrame([{'Product': 'Coke', 'Prices': [100,123,101,105,99,94,98]},{'Product': 'Pepsi', 'Prices': [101,104,104,101,99,99,99]}])
print(df)
df = df.assign(Prices=df.Prices.str.split(',')).explode('Prices')
print(df)

在熊猫> = 0.25版本中尝试一下