深入解析pandas中shift与diff函数的核心区别与联系

青禾

发布时间：2026-10-13| 6人浏览过

原创

本文详细解析pandas中shift和diff函数的功能与区别。shift用于数据框索引或数据的滚动偏移，支持时间频率设置；diff计算离散差分。通过代码示例展示两者在时间索引与非时间索引下的表现，并揭示diff本质上是当前值与shift后值的差，帮助开发者准确使用这两个关键数据处理工具。

首先，可以通过执行?pandas.DataFrame.shift命令来查看该函数的官方帮助文档，以获取详细的参数说明和使用示例。

Signature: pandas.DataFrame.shift(self, periods=1, freq=None, axis=0) 
Docstring: 
Shift index by desired number of periods with an optional time freq

该函数的核心作用是实现数据框中数据的位移操作。当freq参数为None时，位移行为取决于axis参数的设置：若axis为0（默认），行索引保持不变，列数据在垂直方向上发生上下移动；若axis为1，则列索引保持不变，行数据在水平方向上发生左右移动。此外，如果行索引被设定为时间序列类型，则可以指定freq参数。此时，系统会根据periods和freq参数的组合，使行索引按照periods*freq的偏移量进行滚动，而列索引对应的数据内容本身不会发生位移。

第一种情况：当DataFrame的行索引为日期类型时，执行shift操作会导致行索引发生移动，而列索引所对应的具体数据值保持原样不变。

In [2]: import pandas as pd
  ...: import numpy as np
  ...: df = pd.DataFrame(np.arange(24).reshape(6,4),index=pd.date_range(start=
  ...: '20170101',periods=6),columns=['A','B','C','D'])
  ...: df
  ...:
Out[2]:
       A  B  C  D
2017-01-01  0  1  2  3
2017-01-02  4  5  6  7
2017-01-03  8  9 10 11
2017-01-04 12 13 14 15
2017-01-05 16 17 18 19
2017-01-06 20 21 22 23
In [3]: df.shift(2,axis=0,freq='2D')
Out[3]:
       A  B  C  D
2017-01-05  0  1  2  3
2017-01-06  4  5  6  7
2017-01-07  8  9 10 11
2017-01-08 12 13 14 15
2017-01-09 16 17 18 19
2017-01-10 20 21 22 23
In [4]: df.shift(2,axis=1,freq='2D')
Out[4]:
       A  B  C  D
2017-01-05  0  1  2  3
2017-01-06  4  5  6  7
2017-01-07  8  9 10 11
2017-01-08 12 13 14 15
2017-01-09 16 17 18 19
2017-01-10 20 21 22 23
In [5]: df.shift(2,freq='2D')
Out[5]:
       A  B  C  D
2017-01-05  0  1  2  3
2017-01-06  4  5  6  7
2017-01-07  8  9 10 11
2017-01-08 12 13 14 15
2017-01-09 16 17 18 19
2017-01-10 20 21 22 23

结论：针对时间索引的情况，shift函数的主要效果是移动时间索引本身，其他数据内容保持原始状态。此时，无论axis参数如何设置，均对数据内容的位移没有影响，仅作用于索引的滚动。

第二种情况：当DataFrame的行索引为非时间序列（如普通字符串或整数）时，行索引数据保持不变，而列索引对应的数据会发生实际的上下或左右移动。

In [6]: import pandas as pd
  ...: import numpy as np
  ...: df = pd.DataFrame(np.arange(24).reshape(6,4),index=['r1','r2','r3','r4'
  ...: ,'r5','r6'],columns=['A','B','C','D'])
  ...: df
  ...:
Out[6]:
   A  B  C  D
r1  0  1  2  3
r2  4  5  6  7
r3  8  9 10 11
r4 12 13 14 15
r5 16 17 18 19
r6 20 21 22 23
In [7]: df.shift(periods=2,axis=0)
Out[7]:
    A   B   C   D
r1  NaN  NaN  NaN  NaN
r2  NaN  NaN  NaN  NaN
r3  0.0  1.0  2.0  3.0
r4  4.0  5.0  6.0  7.0
r5  8.0  9.0 10.0 11.0
r6 12.0 13.0 14.0 15.0
In [8]: df.shift(periods=-2,axis=0)
Out[8]:
    A   B   C   D
r1  8.0  9.0 10.0 11.0
r2 12.0 13.0 14.0 15.0
r3 16.0 17.0 18.0 19.0
r4 20.0 21.0 22.0 23.0
r5  NaN  NaN  NaN  NaN
r6  NaN  NaN  NaN  NaN
In [9]: df.shift(periods=2,axis=1)
Out[9]:
   A  B   C   D
r1 NaN NaN  0.0  1.0
r2 NaN NaN  4.0  5.0
r3 NaN NaN  8.0  9.0
r4 NaN NaN 12.0 13.0
r5 NaN NaN 16.0 17.0
r6 NaN NaN 20.0 21.0
In [10]: df.shift(periods=-2,axis=1)
Out[10]:
    A   B  C  D
r1  2.0  3.0 NaN NaN
r2  6.0  7.0 NaN NaN
r3 10.0 11.0 NaN NaN
r4 14.0 15.0 NaN NaN
r5 18.0 19.0 NaN NaN
r6 22.0 23.0 NaN NaN

接下来，通过执行?pandas.DataFrame.diff命令查看其帮助文档，可以发现diff函数的参数形式与shift函数非常相似，两者在接口设计上具有高度的一致性。

Signature: pd.DataFrame.diff(self, periods=1, axis=0) 
Docstring: 
1st discrete difference of object

下面通过具体的代码示例，深入分析diff函数与shift函数之间的内在联系。

In [13]: df.diff(periods=2,axis=0)
Out[13]:
   A  B  C  D
r1 NaN NaN NaN NaN
r2 NaN NaN NaN NaN
r3 8.0 8.0 8.0 8.0
r4 8.0 8.0 8.0 8.0
r5 8.0 8.0 8.0 8.0
r6 8.0 8.0 8.0 8.0
In [14]: df -df.diff(periods=2,axis=0)
Out[14]:
    A   B   C   D
r1  NaN  NaN  NaN  NaN
r2  NaN  NaN  NaN  NaN
r3  0.0  1.0  2.0  3.0
r4  4.0  5.0  6.0  7.0
r5  8.0  9.0 10.0 11.0
r6 12.0 13.0 14.0 15.0
In [15]: df.shift(periods=2,axis=0)
Out[15]:
    A   B   C   D
r1  NaN  NaN  NaN  NaN
r2  NaN  NaN  NaN  NaN
r3  0.0  1.0  2.0  3.0
r4  4.0  5.0  6.0  7.0
r5  8.0  9.0 10.0 11.0
r6 12.0 13.0 14.0 15.0

以上关于pandas中shift和diff函数关系的解析就是本文的全部内容，希望能为读者提供有价值的参考。如果大家觉得有帮助，欢迎继续支持本站获取更多技术分享。