Pandas Dataframe 在由索引分隔的部分中进行插值

我的示例代码如下：

import pandas as pd


dictx = {'col1':[1,'nan','nan','nan',5,'nan',7,'nan',9,'nan','nan','nan',13],\
    'col2':[20,'nan','nan','nan',22,'nan',25,'nan',30,'nan','nan','nan',25],\
    'col3':[15,'nan','nan','nan',10,'nan',14,'nan',13,'nan','nan','nan',9]}
df = pd.DataFrame(dictx).astype(float)

我正在尝试插入包含值“nan”的各个段。
就上下文而言，我正在尝试使用城市（巴西圣保罗）提供的 GPS 数据来跟踪公交车速度，但数据很少，并且有些部分不提供信息，例如，但有些路段我知道他们确实停止了，比如黎明，但信息也以“南”的形式出现。

我需要的：
我一直在尝试dataframe.interpolate()参数（limit 和 limit_direction）但效果不佳。如果我设置df.interpolate(limit=2)我不仅会插入我需要的数据，还会插入不应该插入的数据。所以我需要在由限制定义的部分之间进行插值

期望的输出：

Out[7]: 
    col1   col2   col3
0    1.0  20.00  15.00
1    nan  nan    nan
2    nan  nan    nan
3    nan  nan    nan
4    5.0  22.00  10.00
5    6.0  23.50  12.00
6    7.0  25.00  14.00
7    8.0  27.50  13.50
8    9.0  30.00  13.00
9    nan  nan    nan
10   nan  nan    nan
11   nan  nan    nan
12   13.0 25.00  9.00

我一直在尝试应用的逻辑基本上是尝试找到 nan 并计算它们索引之间的差异，从而创建一个新的 dataframe_temp 进行插值，然后将其添加到另一个创建新的 dataframe_final 中。但这变得很难实现，因为'nan'=='nan' return False

这是一个 hack，但可能仍然有用。 Pandas 0.23 可能会有更好的解决方案。

https://pandas-docs.github.io/pandas-docs-travis/whatsnew.html#dataframe-interpolate-has-gained-the-limit-area-kwarg https://pandas-docs.github.io/pandas-docs-travis/whatsnew.html#dataframe-interpolate-has-gained-the-limit-area-kwarg

df_fw = df.interpolate(limit=1)
df_bk = df.interpolate(limit=1, limit_direction='backward')

df_fw.where(df_bk.notna())

    col1  col2  col3
0    1.0  20.0  15.0
1    NaN   NaN   NaN
2    NaN   NaN   NaN
3    NaN   NaN   NaN
4    5.0  22.0  10.0
5    6.0  23.5  12.0
6    7.0  25.0  14.0
7    8.0  27.5  13.5
8    9.0  30.0  13.0
9    NaN   NaN   NaN
10   NaN   NaN   NaN
11   NaN   NaN   NaN
12  13.0  25.0   9.0

不是黑客
更合法的处理方式。
通用化以处理任何限制。

def interp(df, limit):
    d = df.notna().rolling(limit + 1).agg(any).fillna(1)
    d = pd.concat({
        i: d.shift(-i).fillna(1)
        for i in range(limit + 1)
    }).prod(level=1)

    return df.interpolate(limit=limit).where(d.astype(bool))

df.pipe(interp, 1)

    col1  col2  col3
0    1.0  20.0  15.0
1    NaN   NaN   NaN
2    NaN   NaN   NaN
3    NaN   NaN   NaN
4    5.0  22.0  10.0
5    6.0  23.5  12.0
6    7.0  25.0  14.0
7    8.0  27.5  13.5
8    9.0  30.0  13.0
9    NaN   NaN   NaN
10   NaN   NaN   NaN
11   NaN   NaN   NaN
12  13.0  25.0   9.0

还可以处理变化NaN从一列到另一列。考虑一个不同的df

dictx = {'col1':[1,'nan','nan','nan',5,'nan','nan',7,'nan',9,'nan','nan','nan',13],\
    'col2':[20,'nan','nan','nan',22,'nan',25,'nan','nan',30,'nan','nan','nan',25],\
    'col3':[15,'nan','nan','nan',10,'nan',14,'nan',13,'nan','nan','nan',9,'nan']}
df = pd.DataFrame(dictx).astype(float)
df

    col1  col2  col3
0    1.0  20.0  15.0
1    NaN   NaN   NaN
2    NaN   NaN   NaN
3    NaN   NaN   NaN
4    5.0  22.0  10.0
5    NaN   NaN   NaN
6    NaN  25.0  14.0
7    7.0   NaN   NaN
8    NaN   NaN  13.0
9    9.0  30.0   NaN
10   NaN   NaN   NaN
11   NaN   NaN   NaN
12   NaN   NaN   9.0
13  13.0  25.0   NaN

然后与limit=1

df.pipe(interp, 1)

    col1  col2  col3
0    1.0  20.0  15.0
1    NaN   NaN   NaN
2    NaN   NaN   NaN
3    NaN   NaN   NaN
4    5.0  22.0  10.0
5    NaN  23.5  12.0
6    NaN  25.0  14.0
7    7.0   NaN  13.5
8    8.0   NaN  13.0
9    9.0  30.0   NaN
10   NaN   NaN   NaN
11   NaN   NaN   NaN
12   NaN   NaN   9.0
13  13.0  25.0   9.0

与limit=2

df.pipe(interp, 2).round(2)

     col1   col2  col3
0    1.00  20.00  15.0
1     NaN    NaN   NaN
2     NaN    NaN   NaN
3     NaN    NaN   NaN
4    5.00  22.00  10.0
5    5.67  23.50  12.0
6    6.33  25.00  14.0
7    7.00  26.67  13.5
8    8.00  28.33  13.0
9    9.00  30.00   NaN
10    NaN    NaN   NaN
11    NaN    NaN   NaN
12    NaN    NaN   9.0
13  13.00  25.00   9.0