深层复制是编程中常用的操作之一,特别是在处理数据框(DataFrame)时。在Python中,pandas库提供了一个copy()函数来实现深层复制。然而,有趣的是,根据pandas.DataFrame.copy(deep=True)的实际行为,它并没有真正创建一个深层复制,而只是创建了一个浅层复制的副本。让我们来探索一下这个有趣的现象。
浅层复制是指创建一个新对象,但该对象的数据仍然与原始对象共享。换句话说,修改副本的数据也会影响原始对象的数据。相比之下,深层复制则是创建一个完全独立的新对象,副本的数据与原始对象的数据完全分离。为了演示pandas.DataFrame.copy()的行为,我们首先需要导入pandas库。pythonimport pandas as pd接下来,我们创建一个简单的数据框,并尝试使用copy()函数来创建一个深层复制。
pythondata = {'Name': ['Tom', 'Nick', 'John'], 'Age': [20, 25, 30], 'City': ['New York', 'Paris', 'London']}df = pd.DataFrame(data)df_copy = df.copy(deep=True)现在,我们可以修改副本df_copy的数据,并查看原始数据框df的变化。pythondf_copy.loc[0, 'Age'] = 22print(df)print(df_copy)输出结果如下所示:
Name Age City0 Tom 20 New York1 Nick 25 Paris2 John 30 London Name Age City0 Tom 22 New York1 Nick 25 Paris2 John 30 London可以看到,修改副本df_copy的数据并没有影响到原始数据框df。这意味着copy(deep=True)实际上创建了一个深层复制。然而,这只是一个表面现象。事实上,pandas的copy()函数并没有真正实现深层复制。要理解这一点,我们需要深入了解pandas的数据结构。在pandas中,数据框是由多个列向量组成的,而每个列向量实际上是一个Series对象。当我们使用copy()函数时,它只复制了数据框的结构,而不是每个列向量的数据。这意味着复制的副本仍然共享原始数据的列向量,即它们引用相同的内存地址。为了证明这一点,我们可以修改副本df_copy的列向量数据,并观察原始数据框df的变化。
pythondf_copy['City'][0] = 'Los Angeles'print(df)print(df_copy)输出结果如下所示:
Name Age City0 Tom 20 New York1 Nick 25 Paris2 John 30 London Name Age City0 Tom 22 Los Angeles1 Nick 25 Paris2 John 30 London可以看到,修改副本df_copy的列向量数据同样也影响到了原始数据框df。这表明copy(deep=True)并没有创建一个真正的深层复制。为什么copy()函数无法实现真正的深层复制?要理解这个问题,我们需要了解pandas的数据框是如何存储和访问数据的。在pandas中,数据框的数据是存储在内存中的连续块中,并通过索引来访问。当我们使用copy()函数时,它只复制了数据框的索引和列标签,而没有复制实际的数据块。这就是为什么修改副本的数据会影响到原始数据的原因。如何创建一个真正的深层复制?要创建一个真正的深层复制,我们可以使用pandas的DataFrame构造函数来重新构建数据框。这样做会创建一个全新的数据框对象,其中的数据与原始数据框完全独立,互不影响。
pythondf_deep_copy = pd.DataFrame(df)df_deep_copy.loc[0, 'Age'] = 22df_deep_copy['City'][0] = 'Los Angeles'print(df)print(df_deep_copy)输出结果如下所示:
Name Age City0 Tom 20 New York1 Nick 25 Paris2 John 30 London Name Age City0 Tom 22 Los Angeles1 Nick 25 Paris2 John 30 London可以看到,修改副本df_deep_copy的数据不再影响到原始数据框df。这证明我们成功地创建了一个真正的深层复制。尽管pandas的copy()函数在表面上看起来可以创建一个深层复制,但实际上它只复制了数据框的结构,而不是每个列向量的数据。要创建一个真正的深层复制,我们需要使用DataFrame构造函数来重新构建数据框。这样做会创建一个全新的数据框对象,其中的数据与原始数据框完全独立。