Python进阶(九) -- 操作excel文件
用Python读写Excel文件
Excel简介
Excel是Microsoft（微软）为使用Windows和macOS操作系统开发的一款电子表格软件。Excel凭借其直观的界面、出色的计算功能和图表工具，再加上成功的市场营销，一直以来都是最为流行的个人计算机数据处理软件。当然，Excel也有很多竞品，例如Google Sheets、LibreOffice Calc、Numbers等，这些竞品基本上也能够兼容Excel，至少能够读写较新版本的Excel文件，当然这些不是我们讨论的重点。掌握用Python程序操作Excel文件，可以让日常办公自动化的工作更加轻松愉快，而且在很多商业项目中，导入导出Excel文件都是特别常见的功能。
Python操作Excel需要三方库的支持，如果要兼容Excel 2007以前的版本，也就是xls格式的Excel文件，可以使用三方库xlrd和xlwt，前者用于读Excel文件，后者用于写Excel文件。如果使用较新版本的Excel，即操作xlsx格式的Excel文件，可以使用openpyxl库，当然这个库不仅仅可以操作Excel，还可以操作其他基于Office Open XML的电子表格文件。
基于xlwt和xlrd操作Excel文件，大家可以先使用下面的命令安装这两个三方库以及配合使用的工具模块xlutils。
pip install xlwt xlrd xlutils
读Excel文件
例如在当前文件夹下有一个名为“阿里巴巴2020年股票数据.xls”的Excel文件，如果想读取并显示该文件的内容，可以通过如下所示的代码来完成。
import xlrd# 使用xlrd模块的open_workbook函数打开指定Excel文件并获得Book对象（工作簿）
wb = xlrd.open_workbook('阿里巴巴2020年股票数据.xls')
# 通过Book对象的sheet_names方法可以获取所有表单名称
sheetnames = wb.sheet_names()
print(sheetnames)
# 通过指定的表单名称获取Sheet对象（工作表）
sheet = wb.sheet_by_name(sheetnames[0])
# 通过Sheet对象的nrows和ncols属性获取表单的行数和列数
print(sheet.nrows, sheet.ncols)
for row in range(sheet.nrows):for col in range(sheet.ncols):# 通过Sheet对象的cell方法获取指定Cell对象（单元格）# 通过Cell对象的value属性获取单元格中的值value = sheet.cell(row, col).value# 对除首行外的其他行进行数据格式化处理if row > 0:# 第1列的xldate类型先转成元组再格式化为“年月日”的格式if col == 0:# xldate_as_tuple函数的第二个参数只有0和1两个取值# 其中0代表以1900-01-01为基准的日期，1代表以1904-01-01为基准的日期value = xlrd.xldate_as_tuple(value, 0)value = f'{value[0]}年{value[1]:>02d}月{value[2]:>02d}日'# 其他列的number类型处理成小数点后保留两位有效数字的浮点数else:value = f'{value:.2f}'print(value, end='\t')print()
# 获取最后一个单元格的数据类型
# 0 - 空值，1 - 字符串，2 - 数字，3 - 日期，4 - 布尔，5 - 错误
last_cell_type = sheet.cell_type(sheet.nrows - 1, sheet.ncols - 1)
print(last_cell_type)
# 获取第一行的值（列表）
print(sheet.row_values(0))
# 获取指定行指定列范围的数据（列表）
# 第一个参数代表行索引，第二个和第三个参数代表列的开始（含）和结束（不含）索引
print(sheet.row_slice(3, 0, 5))
提示：上面代码中使用的Excel文件“阿里巴巴2020年股票数据.xls”可以通过后面的百度云盘地址进行获取。链接:https://pan.baidu.com/s/1rQujl5RQn9R7PadB2Z5g_g 提取码:e7b4。
相信通过上面的代码，大家已经了解到了如何读取一个Excel文件，如果想知道更多关于xlrd模块的知识，可以阅读它的官方文档。
写Excel文件
写入Excel文件可以通过xlwt 模块的Workbook类创建工作簿对象，通过工作簿对象的add_sheet方法可以添加工作表，通过工作表对象的write方法可以向指定单元格中写入数据，最后通过工作簿对象的save方法将工作簿写入到指定的文件或内存中。下面的代码实现了将5个学生3门课程的考试成绩写入Excel文件的操作。
import randomimport xlwtstudent_names = ['关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠']
scores = [[random.randrange(50, 101) for _ in range(3)] for _ in range(5)]
# 创建工作簿对象（Workbook）
wb = xlwt.Workbook()
# 创建工作表对象（Worksheet）
sheet = wb.add_sheet('一年级二班')
# 添加表头数据
titles = ('姓名', '语文', '数学', '英语')
for index, title in enumerate(titles):sheet.write(0, index, title)
# 将学生姓名和考试成绩写入单元格
for row in range(len(scores)):sheet.write(row + 1, 0, student_names[row])for col in range(len(scores[row])):sheet.write(row + 1, col + 1, scores[row][col])
# 保存Excel工作簿
wb.save('考试成绩表.xls')
调整单元格样式
在写Excel文件时，我们还可以为单元格设置样式，主要包括字体（Font）、对齐方式（Alignment）、边框（Border）和背景（Background）的设置，xlwt对这几项设置都封装了对应的类来支持。要设置单元格样式需要首先创建一个XFStyle对象，再通过该对象的属性对字体、对齐方式、边框等进行设定，例如在上面的例子中，如果希望将表头单元格的背景色修改为黄色，可以按照如下的方式进行操作。
header_style = xlwt.XFStyle()
pattern = xlwt.Pattern()
pattern.pattern = xlwt.Pattern.SOLID_PATTERN
# 0 - 黑色、1 - 白色、2 - 红色、3 - 绿色、4 - 蓝色、5 - 黄色、6 - 粉色、7 - 青色
pattern.pattern_fore_colour = 5
header_style.pattern = pattern
titles = ('姓名', '语文', '数学', '英语')
for index, title in enumerate(titles):sheet.write(0, index, title, header_style)
如果希望为表头设置指定的字体，可以使用Font类并添加如下所示的代码。
font = xlwt.Font()
# 字体名称
font.name = '华文楷体'
# 字体大小（20是基准单位，18表示18px）
font.height = 20 * 18
# 是否使用粗体
font.bold = True
# 是否使用斜体
font.italic = False
# 字体颜色
font.colour_index = 1
header_style.font = font
注意：上面代码中指定的字体名（
font.name）应当是本地系统有的字体，例如在我的电脑上有名为“华文楷体”的字体。
如果希望表头垂直居中对齐，可以使用下面的代码进行设置。
align = xlwt.Alignment()
# 垂直方向的对齐方式
align.vert = xlwt.Alignment.VERT_CENTER
# 水平方向的对齐方式
align.horz = xlwt.Alignment.HORZ_CENTER
header_style.alignment = align
如果希望给表头加上黄色的虚线边框，可以使用下面的代码来设置。
borders = xlwt.Borders()
props = (('top', 'top_colour'), ('right', 'right_colour'),('bottom', 'bottom_colour'), ('left', 'left_colour')
)
# 通过循环对四个方向的边框样式及颜色进行设定
for position, color in props:# 使用setattr内置函数动态给对象指定的属性赋值setattr(borders, position, xlwt.Borders.DASHED)setattr(borders, color, 5)
header_style.borders = borders
如果要调整单元格的宽度（列宽）和表头的高度（行高），可以按照下面的代码进行操作。
# 设置行高为40px
sheet.row(0).set_style(xlwt.easyxf(f'font:height {20 * 40}'))
titles = ('姓名', '语文', '数学', '英语')
for index, title in enumerate(titles):# 设置列宽为200pxsheet.col(index).width = 20 * 200# 设置单元格的数据和样式sheet.write(0, index, title, header_style)
公式计算
对于前面打开的“阿里巴巴2020年股票数据.xls”文件，如果要统计全年收盘价（Close字段）的平均值以及全年交易量（Volume字段）的总和，可以使用Excel的公式计算即可。我们可以先使用xlrd读取Excel文件夹，然后通过xlutils三方库提供的copy函数将读取到的Excel文件转成Workbook对象进行写操作，在调用write方法时，可以将一个Formula对象写入单元格。
实现公式计算的代码如下所示。
import xlrd
import xlwt
from xlutils.copy import copywb_for_read = xlrd.open_workbook('阿里巴巴2020年股票数据.xls')
sheet1 = wb_for_read.sheet_by_index(0)
nrows, ncols = sheet1.nrows, sheet1.ncols
wb_for_write = copy(wb_for_read)
sheet2 = wb_for_write.get_sheet(0)
sheet2.write(nrows, 4, xlwt.Formula(f'average(E2:E{nrows})'))
sheet2.write(nrows, 6, xlwt.Formula(f'sum(G2:G{nrows})'))
wb_for_write.save('阿里巴巴2020年股票数据汇总.xls')
说明：上面的代码有一些小瑕疵，有兴趣的读者可以自行探索并思考如何解决。
用openpyxl读写Excel文件
基于另一个三方库openpyxl如何进行Excel文件操作，首先需要先安装它。
pip install openpyxl
openpyxl的优点在于，当我们打开一个Excel文件后，既可以对它进行读操作，又可以对它进行写操作，而且在操作的便捷性上是优于xlwt和xlrd的。此外，如果要进行样式编辑和公式计算，使用openpyxl也远比上一个章节我们讲解的方式更为简单，而且openpyxl还支持数据透视和插入图表等操作，功能非常强大。有一点需要再次强调，openpyxl并不支持操作Office 2007以前版本的Excel文件。
读取Excel文件
例如在当前文件夹下有一个名为“阿里巴巴2020年股票数据.xlsx”的Excel文件，如果想读取并显示该文件的内容，可以通过如下所示的代码来完成。
import datetimeimport openpyxl# 加载一个工作簿 ---> Workbook
wb = openpyxl.load_workbook('阿里巴巴2020年股票数据.xlsx')
# 获取工作表的名字
print(wb.sheetnames)
# 获取工作表 ---> Worksheet
sheet = wb.worksheets[0]
# 获得单元格的范围
print(sheet.dimensions)
# 获得行数和列数
print(sheet.max_row, sheet.max_column)# 获取指定单元格的值
print(sheet.cell(3, 3).value)
print(sheet['C3'].value)
print(sheet['G255'].value)# 获取多个单元格（嵌套元组）
print(sheet['A2:C5'])# 读取所有单元格的数据
for row_ch in range(2, sheet.max_row + 1):for col_ch in 'ABCDEFG':value = sheet[f'{col_ch}{row_ch}'].valueif type(value) == datetime.datetime:print(value.strftime('%Y年%m月%d日'), end='\t')elif type(value) == int:print(f'{value:<10d}', end='\t')elif type(value) == float:print(f'{value:.4f}', end='\t')else:print(value, end='\t')print()
需要提醒大家一点，openpyxl获取指定的单元格有两种方式，一种是通过cell方法，需要注意，该方法的行索引和列索引都是从1开始的，这是为了照顾用惯了Excel的人的习惯；另一种是通过索引运算，通过指定单元格的坐标，例如C3、G255，也可以取得对应的单元格，再通过单元格对象的value属性，就可以获取到单元格的值。通过上面的代码，相信大家还注意到了，可以通过类似sheet['A2:C5']或sheet['A2':'C5']这样的切片操作获取多个单元格，该操作将返回嵌套的元组，相当于获取到了多行多列。
写Excel文件
下面我们使用openpyxl来进行写Excel操作。
import randomimport openpyxl# 第一步：创建工作簿（Workbook）
wb = openpyxl.Workbook()# 第二步：添加工作表（Worksheet）
sheet = wb.active
sheet.title = '期末成绩'titles = ('姓名', '语文', '数学', '英语')
for col_index, title in enumerate(titles):sheet.cell(1, col_index + 1, title)names = ('关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠')
for row_index, name in enumerate(names):sheet.cell(row_index + 2, 1, name)for col_index in range(2, 5):sheet.cell(row_index + 2, col_index, random.randrange(50, 101))# 第四步：保存工作簿
wb.save('考试成绩表.xlsx')
调整样式和公式计算
在使用openpyxl操作Excel时，如果要调整单元格的样式，可以直接通过单元格对象（Cell对象）的属性进行操作。单元格对象的属性包括字体（font）、对齐（alignment）、边框（border）等，具体的可以参考openpyxl的官方文档。在使用openpyxl时，如果需要做公式计算，可以完全按照Excel中的操作方式来进行，具体的代码如下所示。
import openpyxl
from openpyxl.styles import Font, Alignment, Border, Side# 对齐方式
alignment = Alignment(horizontal='center', vertical='center')
# 边框线条
side = Side(color='ff7f50', style='mediumDashed')wb = openpyxl.load_workbook('考试成绩表.xlsx')
sheet = wb.worksheets[0]# 调整行高和列宽
sheet.row_dimensions[1].height = 30
sheet.column_dimensions['E'].width = 120sheet['E1'] = '平均分'
# 设置字体
sheet.cell(1, 5).font = Font(size=18, bold=True, color='ff1493', name='华文楷体')
# 设置对齐方式
sheet.cell(1, 5).alignment = alignment
# 设置单元格边框
sheet.cell(1, 5).border = Border(left=side, top=side, right=side, bottom=side)
for i in range(2, 7):# 公式计算每个学生的平均分sheet[f'E{i}'] = f'=average(B{i}:D{i})'sheet.cell(i, 5).font = Font(size=12, color='4169e1', italic=True)sheet.cell(i, 5).alignment = alignmentwb.save('考试成绩表.xlsx')
生成统计图表
通过openpyxl库，可以直接向Excel中插入统计图表，具体的做法跟在Excel中插入图表大体一致。我们可以创建指定类型的图表对象，然后通过该对象的属性对图表进行设置。当然，最为重要的是为图表绑定数据，即横轴代表什么，纵轴代表什么，具体的数值是多少。最后，可以将图表对象添加到表单中，具体的代码如下所示。
from openpyxl import Workbook
from openpyxl.chart import BarChart, Referencewb = Workbook(write_only=True)
sheet = wb.create_sheet()rows = [('类别', '销售A组', '销售B组'),('手机', 40, 30),('平板', 50, 60),('笔记本', 80, 70),('外围设备', 20, 10),
]# 向表单中添加行
for row in rows:sheet.append(row)# 创建图表对象
chart = BarChart()
chart.type = 'col'
chart.style = 10
# 设置图表的标题
chart.title = '销售统计图'
# 设置图表纵轴的标题
chart.y_axis.title = '销量'
# 设置图表横轴的标题
chart.x_axis.title = '商品类别'
# 设置数据的范围
data = Reference(sheet, min_col=2, min_row=1, max_row=5, max_col=3)
# 设置分类的范围
cats = Reference(sheet, min_col=1, min_row=2, max_row=5)
# 给图表添加数据
chart.add_data(data, titles_from_data=True)
# 给图表设置分类
chart.set_categories(cats)
chart.shape = 4
# 将图表添加到表单指定的单元格中
sheet.add_chart(chart, 'A10')wb.save('demo.xlsx')
简单的总结
掌握了Python程序操作Excel的方法，可以解决日常办公中很多繁琐的处理Excel电子表格工作，最常见就是将多个数据格式相同的Excel文件合并到一个文件以及从多个Excel文件或表单中提取指定的数据。如果数据体量较大或者处理数据的方式比较复杂，我们还是推荐大家使用Python数据分析神器之一的pandas库。
用Python读写CSV文件
CSV文件介绍
CSV（Comma Separated Values）全称逗号分隔值文件是一种简单、通用的文件格式，被广泛的应用于应用程序（数据库、电子表格等）数据的导入和导出以及异构系统之间的数据交换。因为CSV是纯文本文件，不管是什么操作系统和编程语言都是可以处理纯文本的，而且很多编程语言中都提供了对读写CSV文件的支持，因此CSV格式在数据处理和数据科学中被广泛应用。
CSV文件有以下特点：
- 纯文本，使用某种字符集（如ASCII、Unicode、GB2312）等）；
- 由一条条的记录组成（典型的是每行一条记录）；
- 每条记录被分隔符（如逗号、分号、制表符等）分隔为字段（列）；
- 每条记录都有同样的字段序列。
CSV文件可以使用文本编辑器或类似于Excel电子表格这类工具打开和编辑，当使用Excel这类电子表格打开CSV文件时，你甚至感觉不到CSV和Excel文件的区别。很多数据库系统都支持将数据导出到CSV文件中，当然也支持从CSV文件中读入数据保存到数据库中，这些内容并不是现在要讨论的重点。
将数据写入CSV文件
现有五个学生三门课程的考试成绩需要保存到一个CSV文件中，要达成这个目标，可以使用Python标准库中的csv模块，该模块的writer函数会返回一个csvwriter对象，通过该对象的writerow或writerows方法就可以将数据写入到CSV文件中，具体的代码如下所示。
import csv
import randomwith open('scores.csv', 'w') as file:writer = csv.writer(file)writer.writerow(['姓名', '语文', '数学', '英语'])names = ['关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠']for name in names:scores = [random.randrange(50, 101) for _ in range(3)]scores.insert(0, name)writer.writerow(scores)
生成的CSV文件的内容。
姓名,语文,数学,英语
关羽,98,86,61
张飞,86,58,80
赵云,95,73,70
马超,83,97,55
黄忠,61,54,87
需要说明的是上面的writer函数，除了传入要写入数据的文件对象外，还可以dialect参数，它表示CSV文件的方言，默认值是excel。除此之外，还可以通过delimiter、quotechar、quoting参数来指定分隔符（默认是逗号）、包围值的字符（默认是双引号）以及包围的方式。其中，包围值的字符主要用于当字段中有特殊符号时，通过添加包围值的字符可以避免二义性。大家可以尝试将上面第5行代码修改为下面的代码，然后查看生成的CSV文件。
writer = csv.writer(file, delimiter='|', quoting=csv.QUOTE_ALL)
生成的CSV文件的内容。
"姓名"|"语文"|"数学"|"英语"
"关羽"|"88"|"64"|"65"
"张飞"|"76"|"93"|"79"
"赵云"|"78"|"55"|"76"
"马超"|"72"|"77"|"68"
"黄忠"|"70"|"72"|"51"
从CSV文件读取数据
如果要读取刚才创建的CSV文件，可以使用下面的代码，通过csv模块的reader函数可以创建出csvreader对象，该对象是一个迭代器，可以通过next函数或for-in循环读取到文件中的数据。
import csvwith open('scores.csv', 'r') as file:reader = csv.reader(file, delimiter='|')for data_list in reader:print(reader.line_num, end='\t')for elem in data_list:print(elem, end='\t')print()
注意：上面的代码对
csvreader对象做for循环时，每次会取出一个列表对象，该列表对象包含了一行中所有的字段。
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