如何在Pandas DataFrame中对含F前缀的列子集进行自然排序？

需求说明 #

现有Pandas DataFrame，其中存在一组连续的以F开头的列（列名格式为F+数字，数字数量不固定），需要仅对这组列按数字部分进行自然排序（如F1、F3、F20而非F1、F20、F3），其余列保持原有位置不变。

实现步骤与代码 #

1. 拆分列组：把DataFrame的列拆分为三部分——F列之前的非F列、所有F前缀列、F列之后的非F列
2. 对F列自然排序：提取F列名中的数字，转为整数后作为排序依据，对F列进行排序
3. 重组列顺序：将三部分列按原有顺序拼接，得到最终的列顺序

完整代码如下：

import pandas as pd

# 原始DataFrame
df = pd.DataFrame({
   'tmp': ['A', 'A', 'B', 'Z', 'D', 'C'],
   'F1': [2, 1, 9, 8, 7, 4],
   'F20': [0, 1, 9, 4, 2, 3],
   'F3': ['a', 'B', 'c', 'D', 'e', 'F'],
   'aabb': ['a', 'B', 'c', 'D', 'e', 'F']
})

# 1. 拆分列组
cols = df.columns.tolist()
# 找到第一个F开头的列索引
start_idx = next(i for i, col in enumerate(cols) if col.startswith('F'))
# 找到最后一个F开头的列索引
end_idx = next(i for i, col in reversed(list(enumerate(cols))) if col.startswith('F'))

non_f_before = cols[:start_idx]
f_cols = cols[start_idx:end_idx+1]
non_f_after = cols[end_idx+1:]

# 2. 对F列进行自然排序：提取数字转整数作为排序键
sorted_f_cols = sorted(f_cols, key=lambda x: int(x[1:]))

# 3. 重组列顺序并生成新DataFrame
new_cols = non_f_before + sorted_f_cols + non_f_after
df_sorted = df[new_cols]

print(df_sorted)

运行结果 #

执行后会得到目标DataFrame：

tmp  F1 F3  F20 aabb
0   A   2  a    0    a
1   A   1  B    1    B
2   B   9  c    9    c
3   Z   8  D    4    D
4   D   7  e    2    e
5   C   4  F    3    F

说明 #

• 该方案不依赖F列的具体数量和数字大小，只要F列是连续分组的，就能自动识别并排序
• 排序逻辑通过提取列名中F后的数字转为整数，实现自然排序（避免字符串排序导致F20排在F3前面的问题）

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mario