Python Pandas DataFrame列信息概览：数据类型与唯一值统计

本文详细介绍了如何使用Python Pandas库高效地为DataFrame中的所有列生成一份综合概览表。该表将展示每列的名称、数据类型以及其包含的唯一值列表及其数量。通过遍历DataFrame的列并结合Pandas内置函数，我们可以轻松构建一个结构清晰、易于分析的汇总报告，尤其适用于快速理解大型数据集的特征分布，为后续的数据探索和清洗工作提供重要依据。

1. 概述与需求

在数据分析的初期阶段，了解数据集的结构至关重要。特别是对于拥有大量列的dataframe，手动检查每一列的数据类型和唯一值既耗时又容易出错。一个自动化的方法能够生成一个汇总表格，清晰地列出每列的名称、数据类型、所有唯一值以及唯一值的数量，将极大提升数据探索的效率。

例如，对于以下DataFrame：

import pandas as pd
df = pd.DataFrame({
'letter': ['a','b','c','a','b','c'],
'state': ['CA','FL','CA','FL','CA','FL'],
'scores': [11.6,12.8,13.9,14.2,15.8,16.2],
'age': [12,28,19,14,12,28]})
print(df)

期望的输出是一个新的DataFrame，其结构如下：

columns_names	Dtype	Unique_values	Unique_count
letter	object	a, b, c	3
state	object	CA, FL	2
scores	float64	11.6, 12.8, 13.9, 14.2, 15.8, 16.2	6
age	int64	12, 28, 19, 14	4

2. 实现方法

实现上述需求的核心思路是遍历DataFrame的每一列，并针对每列提取所需的信息（列名、数据类型、唯一值列表及数量），然后将这些信息汇总到一个新的DataFrame中。

2.1 核心步骤

1. 获取列名： 使用 df.columns 获取所有列的名称。
2. 获取数据类型： 使用 df.dtypes 获取所有列的数据类型。
3. 获取唯一值： 对于每一列，使用 df[col].unique() 方法获取其所有唯一值。
4. 统计唯一值数量： 获取唯一值数组的长度。
5. 格式化唯一值： 将获取到的唯一值数组转换为字符串列表，并用逗号和空格连接成一个单一的字符串，以便在表格中显示。
6. 构建结果DataFrame： 将收集到的所有信息组织成字典或列表，然后传入 pd.DataFrame 构造函数。

2.2 示例代码

以下是实现上述功能的完整Python代码：

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import pandas as pd
# 示例 DataFrame
df = pd.DataFrame({
'letter': ['a','b','c','a','b','c'],
'state': ['CA','FL','CA','FL','CA','FL'],
'scores': [11.6,12.8,13.9,14.2,15.8,16.2],
'age': [12,28,19,14,12,28]})
# 用于存储每列信息的列表
column_names = []
data_types = []
unique_values_str = []
unique_counts = []
# 遍历 DataFrame 的每一列
for col in df.columns:
# 收集列名
column_names.append(col)
# 收集数据类型，转换为字符串表示
data_types.append(str(df[col].dtype))
# 获取唯一值数组
unique_vals = df[col].unique()
# 将唯一值数组中的每个元素转换为字符串，然后用 ', ' 连接
# 确保所有类型的值都能正确转换为字符串并拼接
formatted_unique_vals = [str(x) for x in unique_vals]
unique_values_str.append(', '.join(formatted_unique_vals))
# 统计唯一值数量
unique_counts.append(len(unique_vals))
# 构建结果 DataFrame
summary_df = pd.DataFrame({
'columns_names': column_names,
'Dtype': data_types,
'Unique_values': unique_values_str,
'Unique_count': unique_counts
})
print(summary_df)

输出结果：

  columns_names    Dtype                    Unique_values  Unique_count
0        letter   object                          a, b, c             3
1         state   object                           CA, FL             2
2        scores  float64  11.6, 12.8, 13.9, 14.2, 15.8, 16.2          6
3           age    int64                   12, 28, 19, 14             4

2.3 封装为函数

为了提高代码的复用性和可维护性，特别是当需要对多个DataFrame执行相同操作时，可以将上述逻辑封装成一个函数：

import pandas as pd
def generate_dataframe_summary(df: pd.DataFrame) -> pd.DataFrame:
"""
为给定的 Pandas DataFrame 生成一个包含列名、数据类型、唯一值列表和唯一值数量的汇总表。
Args:
df (pd.DataFrame): 需要分析的 DataFrame。
Returns:
pd.DataFrame: 包含每列概览信息的新 DataFrame。
"""
column_names = []
data_types = []
unique_values_str = []
unique_counts = []
for col in df.columns:
column_names.append(col)
data_types.append(str(df[col].dtype))
unique_vals = df[col].unique()
formatted_unique_vals = [str(x) for x in unique_vals]
unique_values_str.append(', '.join(formatted_unique_vals))
unique_counts.append(len(unique_vals))
summary_df = pd.DataFrame({
'columns_names': column_names,
'Dtype': data_types,
'Unique_values': unique_values_str,
'Unique_count': unique_counts
})
return summary_df
# 示例使用
df_large = pd.DataFrame({
f'col_{i}': [i % 5, (i + 1) % 3, (i + 2) % 7] * 100 for i in range(70)
})
df_large['text_col'] = ['apple', 'banana', 'orange'] * 70
df_large['float_col'] = [float(x) / 10 for x in range(210)]
summary_of_large_df = generate_dataframe_summary(df_large)
print(summary_of_large_df.head()) # 打印前几行，因为列数较多

3. 注意事项

• 唯一值数量过多时的显示： 如果某一列的唯一值数量非常庞大（例如，一个ID列有数百万个唯一值），将其全部转换为字符串并连接成一个长字符串可能会导致内存消耗过大，并且在显示时失去可读性。在这种情况下，可以考虑对 Unique_values 列进行优化，例如：
  • 只显示前 N 个唯一值，并在末尾添加 …。
  • 对于唯一值数量超过某个阈值的列，只显示 (N unique values) 而不列出具体值。
• 数据类型表示： df.dtypes 返回的是Pandas内部的数据类型对象（如 int64, float64, object）。使用 str() 函数将其转换为字符串，以获得更易读的表示。
• 性能考量： 对于拥有成千上万列的超大型DataFrame，上述遍历列的方法通常效率足够。但对于极端情况，如果唯一值计算成为瓶颈，可能需要考虑更底层的优化，例如使用NumPy的 unique 函数或并行处理。然而，对于大多数常见的数据分析场景，当前的方法是高效且易于理解的。
• 缺失值处理： unique() 方法默认会包含 NaN（如果存在）。如果需要排除缺失值，可以在调用 unique() 之前先进行缺失值过滤，例如 df[col].dropna().unique()。

4. 总结

通过本文介绍的方法，我们可以轻松地为任何Pandas DataFrame生成一份详细的列信息概览表。这份汇总表不仅包含了每列的数据类型和唯一值数量，还以清晰的格式展示了具体的唯一值列表，这对于数据探索、验证数据质量以及规划后续的数据清洗和特征工程步骤都非常有帮助。将此功能封装为函数，进一步提升了其在实际项目中的可用性和效率。