2、預備知識-python核心用法常用資料分析庫（下）
概述
Python 是當今世界最熱門的編程語言，而它最大的應用領域之一就是資料分析，在python眾多資料分析工具中，pandas是python中非常常用的資料分析庫，在資料分析，機器學習，深度學習等領域經常被使用，使用 Pandas 我們可以 Excel/CSV/TXT/MySQL 等資料讀取，然后進行各種清洗、過濾、透視、聚合分析，也可以直接繪制折線圖、餅圖等資料分析圖表，在功能上它能夠實作自動化的對大檔案處理，能夠實作 Excel 的幾乎所有功能并且更加強大，
本實驗將通過實戰的方式，介紹pandas資料分析庫的基本使用，讓大家在短時間內快速掌握python的資料分析庫pandas的使用，為后續專案編碼做知識儲備
實驗環境
- Python 3.7
- Pycharm
任務二：Pandas資料分析實戰-1
【任務目標】
本任務主要目標為使用pandas進行資料分析實戰，在實戰程序中帶大家了解pandas模塊的一下功能：
- 了解資料
- 分析資料問題
- 清洗資料
- 整合代碼
【任務步驟】
1、準備作業
打開CMD視窗后，執行如下命令，打開jupyter notebook編輯器
jupyter notebook
成功執行以上命令后，系統將自動打開默認瀏覽器，如下圖所示：
成功打開瀏覽器后，按如下流程創建 notebook 檔案
對新建notebook進行重命名操作
2、notebook 檔案新建完成后，接下來在新建的 notebook 中撰寫代碼
- 了解資料
在處理任何資料之前，我們的第一任務是理解資料以及資料是干什么用的，我們嘗試去理解資料的列/行、記錄、資料格式、語意錯誤、缺失的條目以及錯誤的格式，這樣我們就可以大概了解資料分析之前要做哪些“清理”作業，
本次我們需要一個 patient_heart_rate.csv 的資料檔案，這個資料很小，可以讓我們一目了然，這個資料是 csv 格式，資料是描述不同個體在不同時間的心跳情況，資料的列資訊包括人的年齡、體重、性別和不同時間的心率，
- 加載資料即查看資料集
import pandas as pd
df = pd.read_csv('data/patient_heart_rate.csv')
df.head()
運行結果如下：
分析資料問題
- 沒有列頭
- 一個列有多個引數
- 列資料的單位不統一
- 缺失值
- 重復資料
- 非 ASCII 字符
- 有些列頭應該是資料，而不應該是列名引數
3、清洗資料
3.1、 沒有列頭
如果我們拿到的資料像上面的資料一樣沒有列頭，Pandas 在讀取 csv 提供了自定義列頭的引數，下面我們就通過手動設定列頭引數來讀取 csv，代碼如下：
import pandas as pd
column_names= ['id', 'name', 'age', 'weight','m0006',
'm0612','m1218','f0006','f0612','f1218']
df = pd.read_csv('data/patient_heart_rate.csv', names = column_names)
df.head()
運行結果如下：
上面的結果展示了我們自定義的列頭，我們只是在這次讀取 csv 的時候，多了傳了一個引數 names = column_names，這個就是告訴 Pandas 使用我們提供的列頭，
4、一個列有多個引數
在資料中不難發現，Name 列包含了兩個引數 Firtname 和 Lastname，為了達到資料整潔目的，我們決定將 name 列拆分成 Firstname 和 Lastname
使用 str.split(expand=True),將串列拆成新的列，再將原來的 Name 列洗掉
df[['first_name','last_name']] = df['name'].str.split(expand=True)
df.drop('name', axis=1, inplace=True)
df.head()
運行結果如下：
5、列資料的單位不統一
如果仔細觀察資料集可以發現 Weight 列的單位不統一，有的單位是 kgs，有的單位是 lbs
lbs_weight_s = df[df.weight.str.contains("lbs").fillna(False)]['weight']
lbs_weight_s = lbs_weight_s.apply(lambda lbs: "%.2fkgs" % (float(lbs[:-3])/2.2) )
df.loc[lbs_weight_s.index,'weight'] = lbs_weight_s
運行結果如下：
6、缺失值處理
在資料集中有些年齡、體重、心率是缺失的，我們又遇到了資料清洗最常見的問題——資料缺失，一般是因為沒有收集到這些資訊，我們可以咨詢行業專家的意見，典型的處理缺失資料的方法：
- 刪：洗掉資料缺失的記錄
- 贗品：使用合法的初始值替換，數值型別可以使用 0，字串可以使用空字串“”
- 均值：使用當前列的均值
- 高頻：使用當前列出現頻率最高的資料
- 源頭優化：如果能夠和資料收集團隊進行溝通，就共同排查問題，尋找解決方案，
7、重復資料處理
有的時候資料集中會有一些重復的資料，執行以下代碼觀察資料集前10條資料
df.head(10)
運行結果如下：
觀察以上結果，可以發現在我們的資料集中也存在重復的資料，如下
首先我們校驗一下是否存在重復記錄，如果存在重復記錄，就使用 Pandas 提供的 drop_duplicates() 來洗掉重復資料，
df.drop_duplicates(['first_name','last_name'],inplace=True)
df.head(10)
運行結果如下：
洗掉weight欄位重復的資料
df.drop_duplicates(['weight'],inplace=True)
df.head(10)
運行結果如下
8、 非ASCII 字符
在資料集中 Fristname 和 Lastname 有一些非 ASCII 的字符，
處理非 ASCII 資料方式有多種
- 洗掉
- 替換
- 僅僅提示一下
我們使用洗掉的方式：
df['first_name'].replace({r'[^\x00-\x7F]+':''}, regex=True, inplace=True)df['last_name'].replace({r'[^\x00-\x7F]+':''}, regex=True, inplace=True)df.head()
運行結果如下：
9、有些列頭應該是資料，而不應該是列名引數
有一些列頭是有性別和時間范圍組成的，這些資料有可能是在處理收集的程序中進行了行列轉換，或者收集器的固定命名規則，這些值應該被分解為性別（m,f），小時單位的時間范圍（00-06，06-12，12-18）
sorted_columns = ['id','age','weight','first_name','last_name']df = pd.melt(df, id_vars=sorted_columns, var_name='sex_hour', value_name='puls_rate')df = df[df.puls_rate != '-'].dropna()df = df.sort_values(['id','first_name','last_name']).reset_index()def split_sex_date(sex_hour): sex = sex_hour[:1] if 'f' == sex: sex = '女' elif 'm' == sex: sex = '男' hour = sex_hour[1:] return pd.Series([sex,hour])df[['sex','hour']] = df.sex_hour.apply(split_sex_date)df.drop('sex_hour',axis=1)
運行結果如下：
任務三：Pandas資料分析實戰-2
【任務目標】
本任務主要目標為使用pandas進行資料分析實戰，在實戰程序中帶大家了解pandas模塊的一下功能：
- 日期的處理
- 字符編碼的問題
【任務步驟】
1、參考【任務一】第1步中操作，在jupyter notebook編輯中重新新建一個notebook 檔案，命名為 pandas-data-processing-3，如下圖所示：
2、預覽資料
這次我們使用 Artworks.csv，我們選取 100 行資料來完成本次內容，具體步驟：
- 匯入Pandas
- 讀取 csv 資料到 DataFrame（要確保資料已經下載到指定路徑）
DataFrame 是 Pandas 內置的資料展示的結構，展示速度很快，通過 DataFrame 我們就可以快速的預覽和分析資料，代碼如下：
import pandas as pddf = pd.read_csv('./data/Artworks.csv').head(100)df.head(10)
運行結果如下：
2、統計日期資料
我們仔細觀察一下 Date 列的資料，有一些資料是年的范圍（1976-1977），而不是單獨的一個年份，在我們使用年份資料畫圖時，就不能像單獨的年份那樣輕易的畫出來，我們現在就使用 Pandas 的 value_counts() 來統計一下每種資料的數量，
首先，選擇要統計的列，并呼叫 value_counts():
df['Date'].value_counts()
運行結果如下：
3、日期資料問題
Date 列資料，除了年份是范圍外，還有三種非正常格式，下面我們將這幾種列出來：
- 問題一，時間范圍（1976-77）
- 問題二，估計（c. 1917，1917 年前后）
- 問題三，缺失資料（Unknown）
- 問題四，無意義資料（n.d.）
接下來我們會處理上面的每一個問題，使用 Pandas 將這些不規則的資料轉換為統一格式的資料，
問題一和二是有資料的只是格式上欠妥當，問題三和四實際上不是有效資料，針對前兩個問題，我們可以通過代碼將據格式化來達到清洗的目的，然而，后兩個問題，代碼上只能將其作為缺失值來處理，簡單起見，我們將問題三和四的資料處理為0，
處理問題一
問題一的資料都是兩個年時間范圍，我們選擇其中的一個年份作為清洗之后的資料，為了簡單起見，我們就使用開始的時間來替換這樣問題的資料，因為這個時間是一個四位數的數字，如果要使用結束的年份，我們還要補齊前兩位的數字，
首先，我們需要找到問題一的資料，這樣我們才能將其更新，要保證其他的資料不被更新，因為其他的資料有可能是已經格式化好的，也有可能是我們下面要處理的，
我們要處理的時間范圍的資料，其中包含有“-”，這樣我們就可以通過這個特殊的字串來過濾我們要處理的資料，然后，通過 split() 利用“-”將資料分割，將結果的第一部分作為處理的最終結果，
代碼如下
row_with_dashes = df['Date'].str.contains('-').fillna(False)for i, dash in df[row_with_dashes].iterrows(): df.at[i,'Date'] = dash['Date'][0:4]df['Date'].value_counts()
運行結果如下：
處理問題二
問題二的資料體現了資料本身的不準確性，是一個估計的年份時間，我們將其轉換為年份，那么，就只要保留最后四位數字即可，該資料的特點就是資料包含“c”，這樣我們就可以通過這一特征將需要轉換的資料過濾出來，
row_with_cs = df['Date'].str.contains('c').fillna(False)for i,row in df[row_with_cs].iterrows(): df.at[i,'Date'] = row['Date'][-4:]df[row_with_cs]
運行結果如下：
處理問題三四
將這問題三四的資料賦值成初始值 0
df['Date'] = df['Date'].replace('Unknown','0',regex=True)
df['Date'] = df['Date'].replace('n.d.','0',regex=True)
df['Date']
運行結果如下：
4、附：完成代碼
注意：完整代碼中洗掉了資料展示部分
import pandas as pd
df = pd.read_csv('../data/Artworks.csv').head(100)
df.head(10)
df['Date'].value_counts()
row_with_dashes = df['Date'].str.contains('-').fillna(False)
for i, dash in df[row_with_dashes].iterrows():
df.at[i,'Date'] = dash['Date'][0:4]
df['Date'].value_counts()
row_with_cs = df['Date'].str.contains('c').fillna(False)
for i,row in df[row_with_cs].iterrows():
df.at[i,'Date'] = row['Date'][-4:]
df['Date'].value_counts()
df['Date'] = df['Date'].replace('Unknown','0',regex=True)
df['Date'] = df['Date'].replace('n.d.','0',regex=True)
df['Date'].value_counts()
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