数据分析01

- 日理万妓 2022-02-23 03:36 253阅读 0赞

# 数据分析01 #

**什么是数据分析**

数据分析是指用适当的统计分析方法对收集来的大量数据进行分析, 提取有用的信息形成结论,并对数据加以详细研究和概括总结的过程.

**使用pyhon做数据分析的常用库**

1.  numpy 处理基础数值算法
2.  scipy 处理科学计算
3.  matplotlib 实现数据可视化
4.  pandas 提供了序列高级函数

## Numpy概述 ##

1.  Numerical Python(数值的python),补充了python语言欠缺的数值运算能力.
2.  Numpy是其他数据分析和机器学习库的底层库.
3.  Numpy完全标准C语言实现, 运行效率充分优化.
4.  Numpy开源免费.

**Numpy的历史**

1.  1995年, Numeric, 用于完成python语言数值运算的扩充.
2.  2001年, Scipy -> Numarray, 用于完成多维数组运算.
3.  2005年, Numeric + Numarray -> Numpy
4.  2006年, Numpy脱离了Scipy成为一个独立项目.

## Numpy基础 ##

### Numpy的核心: ndarray对象 ###

使用numpy.ndarray对象表示一个数组

import numpy as np
    
    ary = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
    print(ary)
    ary = ary * 10
    print(ary)

### 内存中的ndarray对象 ###

**元数据(metadata)**

存储对目标数组的描述信息,如 dim count, dimensions, dtype, data等.

**实际数据**

完整的数组数据. (Ndarray数组是同质数组, 所有元素类型相同)

将实际数据与元数据分开存放,一方面提高了内存空间的使用效率,另一方面减少了对实际数据的访问频率,提高性能.

### ndarray数组对象的创建 ###

np.array(可以被解释为Numpy数组的序列)

np.arange(起始值(0), 终止值, 步长(1))

np.zeros(数组元素的个数, dtype=‘数组元素类型’)

np.ones(数组元素的个数, dtype=‘数组元素类型’)

**案例:测试ndarray对象的创建**

import numpy as np
    # 创建二维数组
    a = np.array([[1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8]])
    print(a)
    # np.arange(起始值, 结束值, 步长)
    b = np.arange(1, 10, 1)
    print(b)
    # np.zeros(数组元素个数, dtype='')
    c = np.zeros(10)
    print(c, '; c.dtype:', c.dtype)
    # np.ones(数组元素个数, dtype='')
    d = np.ones(10, dtype='int64')
    print(d, '; d.dtype:', d.dtype)

### ndarray对象属性的基本操作 ###

**数组的维度:** array.shape

**元素的类型:** array.dtype

**数组元素的个数:** array.size

**数组的索引(下标):** array\[0\]

**案例:测试数组的基本属性**

import numpy as np
    
    a = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
    print(a)
    # 测试数组的基本属性
    print('a.shape:', a.shape)
    # a.shape = (6, )
    # print(a, 'a.shape:', a.shape)
    print('a.size:', a.size)
    print('len(a):', len(a))
    # 数组元素的索引
    ary = np.arange(1, 28)
    ary.shape = (3, 3, 3)
    print(ary, '; ary.shape:', ary.shape)
    print('ary[0]:', ary[0])
    print('ary[0][0]:', ary[0][0])
    print('ary[0][0][0]:', ary[0][0][0])
    print('ary[0,0,0]:', ary[0, 0, 0])
    # 遍历三维数组
    for i in range(ary.shape[0]):
        for j in range(ary.shape[1]):
            for k in range(ary.shape[2]):
                print(ary[i, j, k], end=' ')

### ndarray对象属性操作详解 ###

#### Numpy内置的基本数据类型 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类型名</th> 
   <th>类型表示符</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>布尔型</td> 
   <td>bool_</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>有符号整型</td> 
   <td>int8(-128~127) / int16 / int32 / int64</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>无符号整型</td> 
   <td>uint8(0~255) / uint16 / uint32 / uint64</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>浮点型</td> 
   <td>float16 / float32 / float64</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>复数型</td> 
   <td>complex64 / complex128</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>字符串型</td> 
   <td>str_ (每个字符串用32位的Unicode编码表示)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### numpy自定义复合类型 ####

案例:在ndarray数组中存储3位学生信息

import numpy as np
    
    data = [('zs', [10, 15, 2], 3),
            ('ls', [12, 12, 92], 8),
            ('ww', [14, 35, 82], 13)]
    
    # 第一种设置dtype的方式
    a = np.array(data,
                 dtype='U2, 3int32, int32')
    print(a, '; zs.age:', a[0]['f2'])
    
    # 第二种设置dtype的方式
    b = np.array(data, dtype=[
        ('name', 'str_', 2),
        ('scores', 'int32', 3),
        ('age', 'int32', 1)])
    print(b, '; ww.age:', b[2]['age'])
    
    # 第三种设置dtype的方式
    c = np.array(data, dtype={ 
        'names': ['name', 'scores', 'age'],
        'formats': ['U2', '3int32', 'int32']})
    print(c, '; ls.name:', c[1]['name'])
    
    # 第四种设置dtype的方式
    # 例如scores字段在存储时将会从第16个字节
    # 开始输出分数列表数据,3int32将会占用12
    # 字节,那么age字段将会从第28个字节开始
    # 向后输出.
    # U2占用了8字节, 与scores字段中间将会
    # 空出8个字节.虽然浪费了空间,但是这种数据
    # 存储对齐的做法在数据访问时将提高效率.
    d = np.array(data, dtype={ 
        'name': ('U2', 0),
        'scores': ('3int32', 16),
        'age': ('int32', 28)})
    
    # 第五种设置dtype的方式
    e = np.array([0x1234, 0x5678],
                 dtype=('u2',
                        { 'lowc': ('u1', 0),
                         'highc': ('u1', 1)}))
    print('%x' % e[0])  # 1234
    print('%x' % e['lowc'][0])   # 34
    print('%x' % e['highc'][0])  # 12
    
    # ndarray对象处理日期类型元素
    f = np.array(['2018', '2019-01-01',
                  '2019-02-01',
                  '2019-01-02 01:01:01'])
    # 把f数组的元素类型改为日期类型
    g = f.astype('M8[D]')
    print(g, '; g.dtype:', g.dtype)
    
    h = g.astype('int32')
    print(h)
    print(h[2] - h[1])

**类型的简写字符码**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类型</th> 
   <th>字符码</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>bool_</td> 
   <td>?</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int8 / int16 / int32 / int64</td> 
   <td>i1 / i2 / i4 / i8</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>uint8 / uint16 / uint32 / uint64</td> 
   <td>u1 / u2 / u4 / u8</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>float16 / float32 / float64</td> 
   <td>f2 / f4 / f8</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>complex64 / complex128</td> 
   <td>c8 / c16</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>str_</td> 
   <td>U&lt;字符数&gt;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>datetime64</td> 
   <td>M8[Y]/[M]/[D]/[h]/[m]/[s]</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### ndarray数组对象的维度操作 ####

视图变维(数据共享): array.reshape() array.ravel()

a = np.arange(1, 9)
    # 视图变维使用的还是原始数组中的数据,如果修改了原始数组中的数据,那么新数组读到的数据也会发生变化.
    b = a.reshape((2, 4))
    print(a, b)
    a[0] = 999
    print(b)
    c = b.ravel()
    print(c)

复制变维(数据独立): flatten()

# 测试flatten()方法
    d = b.flatten()
    d[0] = 110
    print(b)
    print(d)

就地变维: 直接修改数组维度, 不返回新数组. a.shape a.resize()

# 就地变维
    d.shape = (2, 4)
    print(d)
    d.resize(2, 2, 2)
    print(d)

**ndarray数组的切片操作**

# 数组的切片与列表切片参数类似
    # 步长+: 默认从前往后切
    # 步长-: 默认从后往前切
    array[起始位置:终止位置:步长]

import numpy as np
    a = np.arange(1, 10)
    print(a)
    print(a[:3])
    print(a[3:6])
    print(a[6:])
    print(a[::-1])
    print(a[:-4:-1])
    print(a[-4:-7:-1])
    print(a[-7::-1])
    print(a[::])
    print(a[::3])
    print(a[1::3])
    print(a[2::3])
    # a改为2维数组
    a.resize(3, 3)
    # 切出1 / 2行与0 / 1 / 2列
    print(a[1:, :])
    # 切出1 / 2行与1 / 2列
    print(a[1:, 1:])

#### ndarray数组的掩码操作 ####

import numpy as np
    
    a = np.array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])
    f = np.array([True, False, True, False,
                  True, False, True, False])
    print(a[f])
    print(a[a > 3])
    
    # 把1~100中3的倍数或7的倍数都打印出来
    a = np.arange(1, 100)
    flag_a = a % 3 == 0
    flag_b = a % 7 == 0
    print(flag_a)
    print(flag_b)
    flag = np.any([flag_a, flag_b], axis=0)
    print(a[flag])

#### 多维数组的组合与拆分 ####

垂直方向的操作: vstack() vsplit()

# 垂直方向操作
    c = np.vstack((a, b))
    print(c)
    a, b = np.vsplit(c, 2)  # 拆成2份
    print(a, '\n', b)

水平方向操作: hstack() hsplit()

# 水平方向操作
    d = np.hstack((a, b))
    print(d)
    a, b = np.hsplit(d, 2)
    print(a, '\n', b)

深度方向操作: dstack() dsplit()

# 深度方向操作
    e = np.dstack((a, b))
    print(e)
    a, b = np.dsplit(e, 2)
    print(a, '\n', b)

多维数组组合与拆分的相关函数:

#根据axis所指定的轴向(0,1,2)进行多维数组的组合
    #如果待组合的两个数组都是二维数组
    #axis=0: 垂直方向
    #axis=1: 水平方向
    #如果待组合的两个数组都是三维数组
    #axis=0: 垂直方向
    #axis=1: 水平方向
    #axis=2: 深度方向
    c = np.concatenate((a, b), axis=0)
    #通过给定的 axis轴向 与 拆分的份数 对c数组进行拆分
    np.split(c, 2, axis=0)

#### 长度不等的两个数组的组合操作 ####

np.pad(
        ary, 				#原始数组
        pad_width=(0,1), 	#补全方式(头补0个,尾补1个)
        mode='constant',    #设置补全模式为constant
        constant_values=-1  #设置补全的默认值为-1
    )

# 测试不同长度的数组的组合
    a = np.arange(1, 7)
    b = np.arange(11, 16)
    c = np.pad(b, pad_width=(2, 2),
               mode='constant',
               constant_values=-1)
    print(a)
    print(b)
    print(c)

**简单的一维数组的组合方案**

a = np.arange(1, 10)
    b = np.arange(11, 20)
    # 把a与b摞在一起成为两行
    np.row_stack((a, b))
    # 把a与b并在一起成为两列
    np.column_stack((a, b))

### numpy数组的其他属性 ###

1.  shape 维度
2.  dtype 元素类型
3.  size 数组元素个数
4.  ndim 维数
5.  itemsize 元素字节数
6.  nbytes 数组总字节数
7.  real 复数数组的实部
8.  imag 复数数组的虚部
9.  T 数组对象的转置视图
10. flat 返回数组的扁平迭代器