利用Python进行数据分析(1)- 常用的数据分析Python库

应该是第三次看《利用Python进行数据分析》这本书,经典就是经典。从内容的丰富性,实际的可操作性来看,如果想从事数据分析行业,特别是利用Python,此书真的是必读书籍。

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本文主要是介绍几个重要的Python库:numpy、pandas、matplotlib、scikit-learn、statsmodels

为何利用Python进行数据分析

  1. Python是解释性的脚本语言,快速编写小型程序、脚本实现自动化功能
  2. Python在数据科学、交互式计算以及数据可视化等领域,应用普遍
  3. 很容易整合C、C++等语言的代码
  4. SAS或者R:进行研究、原型实现和测试;Java、C或者C++:大型生产环境。Python能够同时实现两种功能

Python是一种解释性语言,Python解释器通过一次执行一条语句来运行程序,效率低下

Numpy

Numpynumerical python的缩写,是Python进行数值计算的基石,主要功能是提供多种数据结构、算法和Python数值计算涉及到的接口

  • 快速、高效的多维数组对象ndarray
  • 基于元素的数组计算或数组间数学操作函数
  • 线性代数操作、傅里叶变换以及随机数生成等
  • 成熟的C语言API,允许Python扩展和本地的C代码访问Numpy的数据结构和计算设施
  • 算法和库之间作为数据传递的数据容器

Pandas

Pandas的两个对象是\color{red}{Series}\color{red}{Dataframe}

  1. Series:一种一维标签数组对象
  2. Dataframe:实现表格化、面向列、使用行列标签的数据结构

Pandas将表格和关系型数据库的灵活操作能力与numpy的高性能数组计算能力相结合

  • 提供索引函数:重组、切块、切片、聚合、子集
  • 数据操作、预处理、清洗
  • 集成时间序列函数功能
  • 同时处理时间序列函数和非时间序列函数

pandas的最初目标是解决金融和商业分析问题,尤其擅长深度时间序列和处理商业进程中产生的时间索引数据

Matplotlib

用于制图和二维数据可视化的Python

Scikit-learn

基于Python的\color{red}{机器学习工具包},主要子模块是:

  • 分类:SVM、最近邻、随机森林、逻辑回归等
  • 回归:Lasso、岭回归等
  • 聚类:k-means、谱聚类等
  • 降维:PCA、特征选择、矩阵分解等
  • 预处理:特征提取、正态化等

Statsmodels

Statsmodels是一个\color{red}{统计分析包},主要是包含经典的统计学、经济学算法

  • 回归模型:线性回归、通用线性模型、鲁棒线性模型等
  • 方差分析ANOVA
  • 时间序列分析:AR、ARMA、VAR模型等
  • 非参数方法:核密度估计、核回归等
  • 统计模型可视化

statmodels更加专注于统计推理,提供不确定性评价和p值参数;scikit-learn更专注于预测

Jupyter notebook

tab键和问号?

jupyter notebook是一种交互式的文档类型,用于编写代码、文本、数据可视化及其输出等

  • tab键补全:默认隐藏以下划线开始的方法和属性(魔术方法、内部的私有属性和方法)
  • 内省:在一个变量的后面使用问号?,可以查看该对象的信息
  • 双问号??:显示函数的源代码

问号?还可以当做通配符使用。通配符主要是有两个:星号*和问号?

  • 星号*可以代表任意字符串
  • 问号?只能代表单个字符串,并且该字符串必须存在

%run

如果写了一个Python的脚本文件,即.py文件,可以通过%run来运行

假设创建了个test.py的文件:

def f(x,y,z):
  return (x+y)/z

a = 5
b = 6
c = 7
result = f(a,b,c)

运行如下:

%run test.py

如果想让脚本使用交互式环境中已有的变量,使用%run -i代替%run命令

%load

通过%load将脚本文件导入一个代码单元中

%load test.py

中断代码

中断代码使用ctrl+C

粘贴代码

%paste:获得剪贴板中的所有代码,在命令行中作为一个代码块直接运行

%cpaste:给出一个提示符,提示:粘贴代码;如果代码出错,可以通过ctrl+C直接中断

运行时间

通过%timeit来检查Python代码运行时间

魔术命令

凡是以%开始的都是魔术命令magic command

  1. 自动魔术:魔术命令也可以不加%百分号直接使用,只要变量没有被定义为与魔术函数相同的名字即可,这种特性称之为自动魔术,通过%automagic进行启用/禁用关。
  2. 魔术命令的输出可以赋值给一个变量
  3. 通过%quickref和%magic来查看特殊命令
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快捷键

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