本文详细介绍了如何在pandas DataFrame中高效地创建新列，使其值根据特定条件和相邻单元格进行填充。核心方法是结合使用Series.where()进行条件性赋值，以及Series.bfill()或Series.ffill()来回填或前向填充缺失值，从而实现复杂的数据依赖逻辑，避免低效的循环操作。
场景描述与挑战
在数据处理中，我们经常需要根据一列的特定条件来创建或修改另一列。更复杂的情况是，当条件不满足时，新列的值需要依赖于其上方或下方的某个有效值。例如，给定一个包含“colonne 1”和“dimension 1”的dataframe，我们的目标是创建一个新列“new”，其规则如下：
- 如果“Dimension 1”列的值为“Organisation”，则“new”列的对应单元格取“Colonne 1”列的当前值。
- 如果“Dimension 1”列的值不是“Organisation”，则“new”列的对应单元格需要从其下方最近的“Organisation”类型单元格中获取值，并向上填充。
传统的迭代方法（如使用for循环或apply函数）在处理大型DataFrame时效率低下。Pandas提供了更优化的矢量化操作来解决这类问题。
解决方案：结合where()与填充方法
Pandas中的Series.where()方法允许我们根据一个布尔条件选择性地替换Series中的值。当条件为False时，对应位置的值会被替换为NaN（默认），这为后续的填充操作创造了条件。接着，我们可以利用Series.bfill()（backward fill，向后填充）或Series.ffill()（forward fill，向前填充）来处理这些NaN值，实现复杂的依赖填充逻辑。
1. 使用 Series.where() 创建条件性缺失值
首先，我们使用where()方法来初步填充“new”列。如果“Dimension 1”是“Organisation”，则取“Colonne 1”的值；否则，该位置暂时留空（NaN）。
import pandas as pd import io # 示例数据 data = """ Colonne 1 Dimension 1 0 MTN_LI2 Indicator 1 MTN_IRU Indicator 2 MTN_ACE Indicator 3 MTN_IME Indicator 4 RIPP7 Organisation 5 CA_SOT Indicator 6 CA_OTI Indicator 7 CNW00 Organisation 8 BSNTF Organisation 9 RIPNJ Organisation """ df = pd.read_csv(io.StringIO(data), sep=r's{2,}', engine='python', skipinitialspace=True) # 步骤1: 使用where()初步创建新列 # 如果 df['Dimension 1'] 等于 'Organisation'，则取 df['Colonne 1'] 的值， # 否则，该位置为 NaN df['new_temp'] = df['Colonne 1'].where(df['Dimension 1'].eq('Organisation')) print("--- 步骤1结果 (初步填充，非Organisation为NaN) ---") print(df)
输出 df[‘new_temp’] 将会是：
--- 步骤1结果 (初步填充，非Organisation为NaN) --- Colonne 1 Dimension 1 new_temp 0 MTN_LI2 Indicator NaN 1 MTN_IRU Indicator NaN 2 MTN_ACE Indicator NaN 3 MTN_IME Indicator NaN 4 RIPP7 Organisation RIPP7 5 CA_SOT Indicator NaN 6 CA_OTI Indicator NaN 7 CNW00 Organisation CNW00 8 BSNTF Organisation BSNTF 9 RIPNJ Organisation RIPNJ
2. 使用 Series.bfill() 向后填充（向下查找，向上填充）
为了满足“如果不是’Organisation’，则取其下方最近的’Organisation’值”的需求，我们可以使用bfill()。bfill()会从Series的末尾开始，用遇到的第一个非NaN值填充其上方的所有NaN。
# 步骤2: 使用 bfill() 填充 NaN df['new_bfill'] = df['new_temp'].bfill() print("n--- 步骤2结果 (使用 bfill() 填充) ---") print(df[['Colonne 1', 'Dimension 1', 'new_bfill']])
输出结果：
--- 步骤2结果 (使用 bfill() 填充) --- Colonne 1 Dimension 1 new_bfill 0 MTN_LI2 Indicator RIPP7 1 MTN_IRU Indicator RIPP7 2 MTN_ACE Indicator RIPP7 3 MTN_IME Indicator RIPP7 4 RIPP7 Organisation RIPP7 5 CA_SOT Indicator CNW00 6 CA_OTI Indicator CNW00 7 CNW00 Organisation CNW00 8 BSNTF Organisation BSNTF 9 RIPNJ Organisation RIPNJ
这完美地解决了最初的问题描述：“如果Dimension 1不等于Organisation，则该单元格获取其上方（按逻辑，是其下方最近的Organisation值向上填充）的单元格值。”
3. 使用 Series.ffill() 向前填充（向上查找，向下填充）
作为对比，如果需求是“如果不是’Organisation’，则取其上方最近的’Organisation’值”，那么可以使用ffill()。ffill()会从Series的开头开始，用遇到的第一个非NaN值填充其下方的所有NaN。
# 步骤3: 使用 ffill() 填充 NaN (作为对比，解决不同需求) df['new_ffill'] = df['new_temp'].ffill() print("n--- 步骤3结果 (使用 ffill() 填充) ---") print(df[['Colonne 1', 'Dimension 1', 'new_ffill']])
输出结果：
--- 步骤3结果 (使用 ffill() 填充) --- Colonne 1 Dimension 1 new_ffill 0 MTN_LI2 Indicator NaN 1 MTN_IRU Indicator NaN 2 MTN_ACE Indicator NaN 3 MTN_IME Indicator NaN 4 RIPP7 Organisation RIPP7 5 CA_SOT Indicator RIPP7 6 CA_OTI Indicator RIPP7 7 CNW00 Organisation CNW00 8 BSNTF Organisation BSNTF 9 RIPNJ Organisation RIPNJ
注意，ffill()在遇到第一个Organisation值（RIPP7）之前，无法填充前几个NaN，因为它们上方没有有效值。这说明了ffill()和bfill()在处理起始/结束NaN时的不同行为。
总结与注意事项
- 高效性： 结合Series.where()和Series.bfill()/Series.ffill()是Pandas中处理这类条件性填充问题的最佳实践。它们是高度优化的矢量化操作，远比基于Python循环的方案快。
- 灵活性： 这种模式非常灵活，可以应用于各种复杂的条件填充场景。where()可以配合任何布尔条件，而bfill()和ffill()则提供了两种基本的填充方向。
- 初始NaN处理：
- bfill()会填充其上方的NaN，如果Series的开头就是NaN且其下方没有非NaN值，则这些NaN会保留。
- ffill()会填充其下方的NaN，如果Series的末尾是NaN且其上方没有非NaN值，则这些NaN会保留。
- 链式操作： 在实际应用中，为了代码简洁，通常会将where()和bfill()/ffill()链式调用，例如：df[‘new’] = df[‘Colonne 1’].where(df[‘Dimension 1’].eq(‘Organisation’)).bfill()。
通过掌握where()和填充方法，您可以高效且优雅地解决Pandas中涉及复杂条件和行间依赖的数据转换问题。
