Пользовательская группировка для всех возможных групп при наличии пропущенных значений

Вы можете создать все возможные ключи, которые не являются None, а затем проверить, какой элемент попадает в какой ключ - с учетом None с:

data= {'product_id'  : [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11],
       'product_type': ['shirt', 'shirt', 'shirt', 'shirt', 'shirt', 'hat',
                        'hat', 'hat', 'hat', 'hat', 'hat', ],
       'color'       : [None, None, None, 'red', 'blue', None, 'blue', 
                        'blue', 'blue', 'red', 'red', ],
       'size'        : [None, 's', 'xl', None, None, 's', None, 's', 'xl', None, 'xl', ]}



from itertools import product

# create all keys without None in it     
p = product((t for t in set(data['product_type']) if t), 
            (c for c in set(data['color']) if c), 
            (s for s in set(data['size']) if s))

# create the things you have in stock
inventar = list( zip(data['product_id'],data['product_type'],data['color'],data['size']))
d = {}

# order things into its categories
for cat in p:
    d.setdefault(cat,set())  # uses a set to collect the IDs
    for item in inventar:
        TY, CO, SI = cat
        ID, TYPE, COLOR, SIZE = item

        # the (TYPE or TY) will substitute TY for any TYPE that is None etc.
        if (TYPE or TY)==TY and (COLOR or CO)==CO and (SIZE or SI)==SI:
            d[cat].add(ID)

print(d)

Вывод:

# category-key            id's that match
{('shirt', 'blue', 's') : {1, 2, 5}, 
 ('shirt', 'blue', 'xl'): {1, 3, 5}, 
 ('shirt', 'red', 's')  : {1, 2, 4}, 
 ('shirt', 'red', 'xl') : {1, 3, 4}, 
 ('hat', 'blue', 's')   : {8, 6, 7}, 
 ('hat', 'blue', 'xl')  : {9, 7}, 
 ('hat', 'red', 's')    : {10, 6},
 ('hat', 'red', 'xl')   : {10, 11}}

• itertools.product (* iterables)
• zip (* iterables)
• [ 116] проверка истинности значения