Python数据分析实战（来源CSDN课程）笔记

URL:https://edu.csdn.net/course/play/26990/361139

第一章：课程导读

背景

１、数据清洗是整个数据分析过程的第一步，也是整个数据分析项目中最耗费时间的一步

２、数据清洗的过程决定了数据分析的准确性

３、随着大数据的越来越普及，数据清洗是必备的技能之一

４、利用Python进行高效的数据处理变得十分重要

 

以电商数据为基础

 

课程目标

１、熟练掌握数据清洗相关方法和技巧

２、熟练掌握Numpy和Pandas库在数据清洗中运用

３、能够独立完成数据分析项目中数据清洗阶段

 

课程大纲

１、数据清洗之常用工具

　　１、Numpy常用数据结构和方法

　　２、Numpy常用数据清洗函数

　　３、Pandas常用数据结构series和方法

　　４、Pandas常用数据结构dataframe和方法

２、数据清洗之文件操作

　　1、Pandas读写CSV文件和相关参数解释

　　2、Pandas读写excel文件和相关参数解释

　　3、Pandas与mysql的交互

３、数据清洗之数据表处理

　　１、数据筛选

　　２、数据增加和删除

　　３、数据修改和查找

　　４、数据整理

４、数据清洗之数据转换

　　１、字符串数据处理

　　２、日期格式数据处理

　　３、利用函数或者映射对数据转换

５、数据清洗之数据统计

　　１、数据分组groupby方法

　　２、分组对象聚合函数运用

　　３、分组对象和apply函数运用

６、数据清洗之数据预处理

　　１、重复值处理

　　２、缺失值处理

　　３、异常值处理

　　４、数据离散化

数据清洗之总结

　　数据清洗实质上是将实际业务问题中，脏数据清洗干净，转换为‘干净的数据’，所谓的脏，指数据可能存在以下几种问题（主要问题）：

　　　　１、数据缺失(Incomplete)是属性值为空的情况。如Occupancy=""

　　　　２、数据噪声(Noisy)是数据值不合常理的情况。如Salary="-100"

　　　　３、数据不一致(Inconsistent)是数据前后存在矛盾的情况。如Age="042"或者Birthday="01/09/1985"

　　　　４、数据冗余(Redundant)是数据量或者属性数目超出数据分析需要的情况。

　　　　５、离群点/异常值(Outliers)是偏离大部分值得数据

　　　　６、数据重复是在数据集中出现多次的数据

第二章：数据清洗之常用工具

１、数据清洗的意义

　　１、现实生活中，数据并非完美，需要进行清洗才能进行后面的数据分析

　　２、数据清洗是整个数据分析项目最耗费时间的一步

　　３、数据的质量最终决定了数据分析的准确性

　　４、数据清洗是唯一可以提高数据质量的方法，使得数据分析的结果也变得更加可靠

２、数据清洗

　　１、目前在Python中，numpy和pandas是最主流的工具

　　２、Numpy中的向量化运算使得数据处理变得高效

　　３、Pandas提供了大量数据清洗的高效方法

　　４、在Python中，尽可能多的使用numpy和pandas中的函数，提高数据清洗的效率

３、Numpy常用数据结构

　　１、Numpy中常用的数据结构是ndarray格式

　　２、使用array函数创建，语法格式为array(列表或元祖)

　　３、可以使用其他函数例如arange、linspace、zeros等创建

　　　　

 　　说明：ndim返回维度，shape返回数组的结构，size返回数组的总元素个数，dtype返回数组元素的类型

　　np.array[a,b]　　a:代表行索引　　b:代表列索引　　

４、Numpy常用数据清洗函数

　　４．１、排序函数

　　　　　　sort函数：从小到大进行排序，关键字axis确定轴向，reverse确定排序方向

　　　　　　argsort函数：返回的是数据中，从小到大的索引值

　　４．２、数据的搜索

　　　　　　where函数：np.where(s>3,1,-1)s>3，返回１，否则-1

　　　　　　extract函数：np.extract(s>3,s)　条件满足找出，否则丢弃

５、Pandas常用数据结构Series和方法

　　　　　　通过pandas.Series来创建Series数据结构

　　　　　　pandas.Series(data,index,dtype,name)

　　　　　　上述参数中，data可以为list，array或者dict。

　　　　　　上诉参数中，index表示索引，必须与数据同长度，name代表对象的名称

6、Pandas常用数据结构dataframe和方法

　　　　　　通过pandas.DataFrame来创建DataFrame数据结构

　　　　　　pandas.DataFrame(data,index,dtype,columns)

　　　　　　上述参数中，data可以为list，array或者dict

　　　　　　上述参数中，index表示行索引，columns代表列名或者列标签

第三章：数据清洗之文件读写

１、CSV文件读写

　　pandas内置了10多种数据源读取函数，常见的就是CSV和Excel

　　使用read_csv方法读取，结果为dataframe格式

　　在读取csv文件时，文件名称尽量是英文

　　参数较多，可以自行控制，但很多时候用默认参数

　　读取CSV时，注意编码，常用编码为utf-8,gbk,gbk2312和gb18030等

　　使用to_csv方法快速保存

　　df = pd.read_csv('meal_order_info.csv',encoding='gbk')df =pd.read_csv('meal_order_info.csv',encoding='gbk',nrows=10)df.to_csv('df.csv', index=False)

　　小技巧：1a.set_option('display.max_rows':100)

　　　　　　2import os

　　　　　　　　os.chdir('path')

整理的流程：

　　　　　　　　　　 

２、Excel文件读写

　　使用read_excel方法读取，结果为dataframe格式

　　读取excel文件和csv文件参数大致一样，但要考虑工作表sheet页

　　参数较多，可以自行控制，但很多时候用默认参数

　　读取excel时，注意编码，常用编码为utf-8,gbk,gbk2312和gb18030等

　　使用to_excel方法快速保存为xlsx格式

　　df = pd.read_excel('meal_info.xlsx',sheet_name='sheet1')

　　df = pd.read_excel('meal_info.xlsx',encoding='utf-8',nrows=10) df.to_excel('a.xlsx',sheet_name='sheet1',index=False,encoding='utf-8')

３、数据库文件读写

　　使用sqlalchemy建立连接

　　需要知道数据库的相关参数，如数据库IP地址、用户名和密码等

　　通过pandas中read_sql函数读入，读取完以后是dataframe格式

　　通过dataframe的to_sql方法保存

　　sql = 'select * from meal_order_info' df1 = pd.read_sql(sql,conn) df.to_sql('testdf',con=conn,index=False,if_exists='replace')

　　数据库建立连接参数　

　　conn = create_engine('mysql+pymysql://user:passward@IP:3306/test01')

　　root:用户名

　　passward:密码

　　IP:服务器IP，本地电脑用localhost

　　3306:端口号

　　test01:数据库名称

　　df.to_sql(name, con=engine,if_exists='replace/append/fail',index=False)

　　name是表名

　　con是连接

　　if_exists：表如果存在怎么处理。三个选项append代表追加，replace代表删除原表，建立新表，fail代表什么都不干

　　index=False　不插入索引index

第四章：数据清洗之数据表处理

１、数据筛选

　　１．１　数据常用筛选方法

　　在数据中，选择需要的行或者列

　　基础索引方式，就是直接引用

　　ioc[行索引名称或者条件,列索引名称或者标签]

　　iloc[行索引位置,列索引位置]

　　注意：区分loc和iloc

　　loc索引的是标签的名称，iloc索引的是行列的索引编号

２、数据增加和删除

　　在数据中，直接添加列

　　使用df.insert方法在数据中添加一列

　　掌握drop(labels, axis, inplace=True)的用法

　　labels表示删除的数据，axis表示作用轴，inplace=True表示是否对原数据生效

　　axis=0按行操作，axis=1按列操作

　　使用del函数直接删除其中一列　

　　del basic['数据']

　　basic.drop(labels=['数量','价格'], axis=1, inplace=True)

　　basic.drop(labels=range(6,11), axis=0, inplace=True)

　　basic.insert(位置, '新名称'，需要插入的数据)

３、数据修改和查找

　　在数据中，可以使用rename修改列名称或者行索引名称

　　使用loc方法修改数据

　　使用loc方法查找符合条件的数据

　　条件与条件之前用&或者|连接，分别代表'且'，'或'

　　使用between和isin选择满足条件的行

 　　 

　　df[df['buy_mount'].between(4,10, inclusive=True)]

　　df[ df['cat'].isin(['24','26','546'])]

４、数据整理

　　定义：在数据清洗过程中，很多时候需要将不用的数据整理在一起，方便后续的分析，这个过程也叫数据合并。

　　合并方法：常见的合并方法有堆叠和按主键进行合并，堆叠又分为横向堆叠和纵向堆叠，按主键合并类似于sql里面的关联操作。

　　

５、层次化索引

　　　

 　　　　df.loc[(28,[20303,2344]),['auction_id','cat_id']]

 

第五章：数据清洗之数据转换

１、日期格式数据处理

　　Pandas中使用to_datetime()方法将文本格式转换为日期格式

　　dataframe数据类型如果为datatime64,可以使用dt方法取出年月日等

　　对于时间差数据，可以使用timedelta函数将其转换为指定时间单位的数值

　　时间差数据，可以使用dt方法访问其常用属性

　　

 　　df['diff_day'].astype('timedelta64[Y]')

２、高阶函数处理

　　在dataframe中使用apply方法，调用自定义函数对数据进行处理

　　函数apply,axis=0表示对行进行操作，axis=1表示对列进行操作

　　可以使用astype函数对数据进行转换

　　可以使用map函数进行数据转换

　　

 

　　df2['性别']=df2['gender'].map({'0':'女','1':'男','2':'未知'})

　　df2['性别']=df2['gender'].map(f1)

３、字符串数据处理

第六章：数据清洗之数据统计

１、数据分组方法

　

　　使用groupby方法进行分组计算，得到分组对象GroupBy

　　语法为df.groupby(by=)

　　分组对象GroupBy可以运用描述性统计方法，如count、mean、median、max、和min等

　　Group = load_info.groupby(by='product')

　　group1 = loan_info.groupby(by=['product','jgmc'])

　　Group.mean()

　　Group.sum()

　　Group.max()

２、聚合函数使用

 

　　对分组对象使用agg聚合函数

　　Groupby.agg(func)

　　针对不同的变量使用不同的统计方法

　　grouped.agg([np.mean,np.max]).head(20)

　　grouped.agg({'ye':np.mean,'dkje':np.max})

　　loan_info[['dkje','ye','yqje']].agg([np.sum,np.mean])

３、分组对象与apply函数

　　函数apply既可用于分组对象，也可以作用于dataframe数据

　　Groupby.apply(func)

　　需要注意axis=0和axis=1的区别

　　

 　　apply只能接一个函数，这是和聚合函数的区别

４、透视表与交叉表

　　在数据分析中，数据透视表是常见的工具之一，需要根据行或列对数据进行各个维度数据的汇总，在pandas中，提供了相关函数解决此类问题，交叉表更多用于频数的分析。

 　　 

透视表

　　pivot_table(data, index, columns,values, aggfnc, fill_value, margins, margins_name=)

　　index:行分组键

　　columns:列分组键

　　values:分组的字段，只能为数值型变量

　　aggfunc:聚合函数

　　margins:是否需要总计

　　fill_value:缺失值填充的字段

 　　

　　pd.pivot_table(data=df, index='weekday',values='total_items',aggfunc=　　　　　　　　　　　　　[np.mean,np.sum],fill_name=0,margins=True,margins_name='总计')

 　　

 　　

交叉表

　　交叉表用于计算分组频率

　　pd.crosstab(index,columns,normalize)

　　index:行索引

　　columns:列索引

　　normalize:数据对数据进行标准化，index表示行，column表示列

　　pd.crosstab(index=df['weekday'], columns=df['discount%'],marings=True,normalize='all')

第七章：数据清洗之数据预处理

１、重复值处理

　　数据清洗一般先从重复值和缺失值开始处理

　　重复值一般采取删除法来处理

　　但有些重复值不能删除，例如订单明细数据或交易明细数据等

　　df[df.duplicated()]

　　np.sum(df.duplicated())

　　df.drop_duplicates()

　　df.drop_duplicates(subset=['appname','size'],inplace=True)

２、缺少值处理

　　缺失值首先需要根据实际情况定义

　　可以采取直接删除法

　　有时候需要使用替换法或者插值法

　　常用的替换法有均值替换、前向、后向替换和常数替换

　　df.dropna(how='all',axis=0) #how可取any或all,dropna函数删除一行数据

　　df.age.fillna(df.age.mean())

　　df.age.fillna(df.age.median())

　　df.fillna(20)

　　df['Exterior_Color'].fillna(method='ffill') ＃前向填补

　　df['Exterior_Color'].fillna(method='bfill') ＃后向填补

３、异常值处理

　　指那些偏离正常范围的值，不是错误值

　　异常值出现频率较低，但又会对实际项目分析造成偏差

　　异常值一般用过箱线图法（分位差法）或者分布图（标准差法）来判断

　　异常值往往采取盖帽法或者数据离散化

　　

　　分位差等于上四分位减去下四分位

　　上界是高于上四分位加上1.5倍分位差

　　下界是低于下四分位减去1.5倍分位差

　　标准差函数std()

　　分位差法：

　　

　　标准差法：

 　　

 　　图像观看：

　　

 　　

　　分布图方法： 

　　　

 　　　

 　　盖帽法：

　　P99=df['Price'].quantile(q=0.99)

　　P1 = df['Price'].quantile(q=0.01)

　　df['Price_new']=df['Price']

　　df.loc[df['Price']>P99,'Price_new']=P99

　　df.loc[df['Price']<P1,'Price_new']=P1

　　df[['Price','Price_new']].describle()

　

　　

　　 df['Price_new'].plot(kind='box')

　　

４、数据离散化

　　数据离散化就是分箱

　　一般常用分箱方法是等频分箱或者等宽分箱

　　一般使用pd.cut或者pd.qcut函数

 　　

 　　等宽分箱：　

　　df['Price_bin'] = pd.cut(df['Price_new'],5,labels=range(5))

　　df['Price_bin'].value_counts().plot(kind='bar')

　　或者df['Price_bin'].value_counts().hist()

　　bins的值可以替换

　　

　　 df[['Price','Price_bin']]

　　　

等频分箱：

　　k=5

　　w = [1.0*i/k for i in range(k+1)]

　　df['Price_bin']=pd.qcut(df['Price_new'], q=w, labels=range(5))

　　df['Price_bin'].hist()

 　　

　　计算分位点

　　 k = 5

　　w1=df['Price_new'].quantile(1.0*i/k for i in range(k+1))

　　

　　等频分段时要确保分段标准的最大值比实际最大值大，最小值比实际最小值小，否则会出现数据失真(左闭右开)。

　　w1[0]=w[0]*0.95

　　w1[1.0]=w[1.0]*1.1

　　

　　df['Price_bin'] = pd.cut(df['Price_new'],bins=w1,labels=range(5)) 　　

　　

第八章：总结与梳理

１、数据清洗步骤

　　

２、函数大全

　　 

３、数据清洗的内容　　

　　

　　　　第１步是业务的了解，第２数据初步的探索

４、数据清洗之总结