预期的输出不清楚，是否要交错行？

tmp = pd.DataFrame.from_dict(nest_dict, orient='index')
tmp2 = tmp.filter(like='sub_')

out = pd.concat({'main': tmp.drop(columns=tmp2.columns),
                 'sub': tmp2.rename(columns=lambda c: c.removeprefix('sub_'))
                 }).swaplevel().sort_index(level=0, sort_remaining=False)

字符串
输出量：

col  col2  col3
Main_col1 main    1     2     3
          sub     4     5     6
Main_col2 main    1     2     3
          sub     4     5     6
Main_col3 main    1     2     3
          sub     4     5     6
Main_col4 main    1     2     3
          sub     4     5     6
Main_col5 main    1     2     3
          sub     4     5     6

型
或者：

tmp = pd.DataFrame.from_dict(nest_dict, orient='index')

out = (tmp.set_axis(pd.MultiIndex.from_frame(
                       tmp.columns.str.extract('(?:([^_]+)_)?(.*)')
                                             ),
                    axis=1)
          .stack(level=0)
          .rename_axis(index=[None, None], columns=None)
      )

型
输出量：

col  col2  col3
Main_col1 NaN    1     2     3
          sub    4     5     6
Main_col2 NaN    1     2     3
          sub    4     5     6
Main_col3 NaN    1     2     3
          sub    4     5     6
Main_col4 NaN    1     2     3
          sub    4     5     6
Main_col5 NaN    1     2     3
          sub    4     5     6

型

我会：

Main_col1                 Main_col2 
col1  col2  col3  sub_col1  sub_col2  sub_col3  sub_col1  sub_col2  sub_col3
   1     2     3         4         5         6         4         5         6 
   1     2     3         4         5         6         4         5         6

字符串
所有Main_cols只有3个sub_cols。假设cols和sub_cols的每个值都是相同的，但不是这样，但这不是必须的。在大多数情况下，cols值是Series。