嵌套字典的每个产品/组合都保存到 DataFrame

Question

我是 Python 新手，正在为 X 次模型运行初始化参数。我需要从 N 个字典中创建所有可能的组合，每个字典都有嵌套数据。

我知道我需要以某种方式使用 itertools.product，但我不知道如何浏览字典。也许我什至不应该使用字典，而是使用 json 或其他东西。我也知道这会产生很多参数/运行。

编辑：从评论中添加了澄清。 我想创建一个带有 n 个字典的函数---例如。 def func(dict*) ---- 作为输入，并在所有字典中创建所有这些单独的键/值对的所有可能组合，返回一个包含所有组合的大 DF。

我的数据如下所示：

字典 1

{
    "chisel": [
        {"type": "chisel"},
        {"depth": [152, 178, 203]},
        {"residue incorporation": [0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0]},
        {"timing": ["10-nov", "10-apr"]},
    ],
    "disc": [
        {"type": "disc"},
        {"depth": [127, 152, 178, 203]},
        {"residue incorporation": [0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0]},
        {"timing": ["10-nov", "10-apr"]},
    ],
    "no_till": [
        {"type": "user_defined"},
        {"depth": [0]},
        {"residue incorporation": [0.0]},
        {"timing": ["10-apr"]},
    ],
}

字典 2

{
    "nh4_n":
        {
            "kg/ha":[110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 225],
            "fertilize_on":"10-apr"
        },
    "urea_n":
        {
            "kg/ha":[110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 225],
            "fertilize_on":"10-apr"
        }
}

字典 3

{
    "maize": {
        "sow_crop": 'maize',
        "cultivar": ['B_105', 'B_110'],
        "planting_dates": [
            '20-apr', '27-apr', '4-may', '11-may', '18-may', '25-may', '1-jun', '8-jun', '15-jun'],
        "sowing_density": [8],
        "sowing_depth": [51],
        "harvest": ['maize'],
    }
}

例如，对于上面的三个字典，我会以某种方式使用字典 'chisel' 和 itertools.product 字典 2 中的每个嵌套字典（例如 'nh4_n'）和字典 3 中的每个嵌套字典（在此案例只有一个，所以每个不同的品种、种植日期等）。我还想将每个键值对中的键用作 DF 列标题。

Answer 1

问题：

• 主要问题是数据字典格式的不一致：

  1. 与 dict 1 & 3 不同，dict 2 的顶部键不是子键的值
  2. 不像 dict 2 和 3，它将 dicts 作为顶部键的值，dict 1 有一个顶级值的字典列表。
  3. 有些二级值是字符串，有些是列表

---

第 1 步：修复数据：

功能：

fix_list_dicts:

def fix_list_dicts(data: dict) -> dict:
    """
    Given a dict where the values are a list of dicts:
    (1) convert the value to a dict of dicts
    (2) if any second level value is a str, convert it to a list
    """
    data_new = dict()
    for k, v in data.items():
        v_new = dict()
        for x in v:
            for k1, v1 in x.items():
                if type(v1) != list:
                    x[k1] = [v1]
            v_new.update(x)
        data_new[k] = v_new
    return data_new

add_top_key_as_value:

def add_top_key_as_value(data: dict, new_key: str) -> dict:
    """
    Given a dict of dicts, where top key is not a 2nd level value:
    (1) add new key: value pair to second level
    """
    for k, v in data.items():
        v.update({new_key: k})
        data[k] = v
    return data

str_value_to_list:

def str_value_to_list(data: dict) -> dict:
    """
    Given a dict of dicts:
    (1) Convert any second level value from str to list
    """    
    for k, v in data.items():
        for k2, v2 in v.items():
            if type(v2) != list:
                data[k][k2] = [v2]
    return data 

实施：

from pprint import pprint as pp

字典 1：

d1 = fix_list_dicts(d1)
pp(d1)

{'chisel': {'depth': [152, 178, 203],
            'residue incorporation': [0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0],
            'timing': ['10-nov', '10-apr'],
            'type': ['chisel']},
 'disc': {'depth': [127, 152, 178, 203],
          'residue incorporation': [0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0],
          'timing': ['10-nov', '10-apr'],
          'type': ['disc']},
 'no_till': {'depth': [0],
             'residue incorporation': [0.0],
             'timing': ['10-apr'],
             'type': ['user_defined']}}

字典 2：

d2 = add_top_key_as_value(d2, 'fertilizer')
d2 = str_value_to_list(d2)

{'nh4_n': {'fertilize_on': ['10-apr'],
           'fertilizer': ['nh4_n'],
           'kg/ha': [110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 225]},
 'urea_n': {'fertilize_on': ['10-apr'],
            'fertilizer': ['urea_n'],
            'kg/ha': [110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 225]}}

字典 3：

d3 = str_value_to_list(d3)

{'maize': {'cultivar': ['B_105', 'B_110'],
           'harvest': ['maize'],
           'planting_dates': ['20-apr', '27-apr', '4-may', '11-may', '18-may', '25-may', '1-jun', '8-jun', '15-jun'],
           'sow_crop': ['maize'],
           'sowing_density': [8],
           'sowing_depth': [51]}}

---

第 2 步：将数据合并到 DataFrames 中：

功能：

import pandas as pd

combine_the_data:

def combine_the_data(data: list) -> dict:
    """
    Given a list of dicts:
    (1) convert each dict into DataFrame
    (2) set the indices to 0
    (3) add each DataFrame to df_dict
    """
    df_dict = dict()
    for i, d in enumerate(data):
        df = pd.DataFrame.from_dict(d, orient='index')
        df.index = [0 for _ in range(len(df))]
        df_dict[f'd_{i}'] = df

    return df_dict

merge_df_dict:

def merge_df_dict(data: dict) -> pd.DataFrame:
    """
    Given a dict of DataFrames
    (1) merge them on the index
    """
    df = pd.DataFrame()
    for _, v in data.items():
        df = df.merge(v, how='outer', left_index=True, right_index=True)
    return df

实施：

data = [d1, d2, d3]
df_dict = combine_the_data(data)

df_dict['d_0']

df_dict['d_1']

df_dict['d_2']

df = merge_df_dict(df_dict)

---

第三步：使用pd.DataFrame.explodeEXPLODE所有列表：

• 我不知道pandas v0.25 还包含哪些其他新功能，但explode 是其中最好的。
• 没有pandas v0.25？那就来吧！

df.reset_index(drop=True, inplace=True)  # the DataFrame must have a unique 0...x index

for col in df.columns:
    df = df.explode(col).reset_index(drop=True)

所有组合的最终输出：

价值计数和期望：

鉴于：

• len(kg/ha) = 24
• len(cultivar) = 2
• len(plantint_dates) = 9

• user_defined 行数 = 2

• user_defined 的总组合数 = 864

• 我没有手动计算其他两个types，但由于user_defined 的组合数量正确，我希望其他的也可以。

df.type.value_counts()

disc            48384
chisel          36288
user_defined      864
Name: type, dtype: int64