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python数据聚合一例(python多维数据聚类)

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121 11 个案例掌握 Python 数据可视化--星际探索

星空是无数人梦寐以求想了解的一个领域,远古的人们通过肉眼观察星空,并制定了太阴历,指导农业发展。随着现代科技发展,有了更先进的设备进行星空的探索。本实验获取了美国国家航空航天局(NASA)官网发布的地外行星数据,研究及可视化了地外行星各参数、寻找到了一颗类地行星并研究了天体参数的相关关系。

输入并执行魔法命令 %matplotlib inline, 设置全局字号,去除图例边框,去除右侧和顶部坐标轴。

本数据集来自 NASA,行星发现是 NASA 的重要工作之一,本数据集搜集了 NASA 官网发布的 4296 颗行星的数据,本数据集字段包括:

导入数据并查看前 5 行。

截至 2020 年 10 月 22 日 全球共发现 4296 颗行星,按年聚合并绘制年度行星发现数,并在左上角绘制 NASA 的官方 LOGO 。

从运行结果可以看出,2005 年以前全球行星发现数是非常少的,经计算总计 173 颗,2014 和 2016 是行星发现成果最多的年份,2016 年度发现行星 1505 颗。

对不同机构/项目/计划进行聚合并降序排列,绘制发现行星数目的前 20 。

2009 年至 2013 年,开普勒太空望远镜成为有史以来最成功的系外行星发现者。在一片天空中至少找到了 1030 颗系外行星以及超过 4600 颗疑似行星。当机械故障剥夺了该探测器对于恒星的精确定位功能后,地球上的工程师们于 2014 年对其进行了彻底改造,并以 K2 计划命名,后者将在更短的时间内搜寻宇宙的另一片区域。

对发现行星的方式进行聚合并降序排列,绘制各种方法发现行星的比例,由于排名靠后的几种方式发现行星数较少,因此不显示其标签。

行星在宇宙中并不会发光,因此无法直接观察,行星发现的方式多为间接方式。从输出结果可以看出,发现行星主要有以下 3 种方式,其原理如下:

针对不同的行星质量,绘制比其质量大(或者小)的行星比例,由于行星质量量纲分布跨度较大,因此采用对数坐标。

从输出结果可以看出,在已发现的行星中,96.25% 行星的质量大于地球。(图中横坐标小于 e 的红色面积非常小)

通过 sns.distplot 接口绘制全部行星的质量分布图。

从输出结果可以看出,所有行星质量分布呈双峰分布,第一个峰在 1.8 左右(此处用了对数单位,表示大约 6 个地球质量),第二个峰在 6.2 左右(大概 493 个地球质量)。

针对不同发现方式发现的行星,绘制各行星的公转周期和质量的关系。

从输出结果可以看出:径向速度(Radial Velocity)方法发现的行星在公转周期和质量上分布更宽,而凌日(Transit)似乎只能发现公转周期相对较短的行星,这是因为两种方法的原理差异造成的。对于公转周期很长的行星,其运行到恒星和观察者之间的时间也较长,因此凌日发现此类行星会相对较少。而径向速度与其说是在发现行星,不如说是在观察恒星,由于恒星自身发光,因此其观察机会更多,发现各类行星的可能性更大。

针对不同发现方式发现的行星,绘制各行星的距离和质量的关系。

从输出结果可以看出,凌日和径向速度对距离较为敏感,远距离的行星大多是通过凌日发现的,而近距离的行星大多数通过径向速度发现的。原因是:近距离的行星其引力对恒星造成的摆动更为明显,因此更容易观察;当距离较远时,引力作用变弱,摆动效应减弱,因此很难借助此方法观察到行星。同时,可以观察到当行星质量更大时,其距离分布相对较宽,这是因为虽然相对恒星的距离变长了,但是由于行星质量的增加,相对引力也同步增加,恒星摆动效应会变得明显。

将所有行星的质量和半径对数化处理,绘制其分布并拟合其分布。

由于:

因此,从原理上质量对数与半径对数应该是线性关系,且斜率为定值 3 ,截距的大小与密度相关。

从输出结果可以看出:行星质量和行星半径在对数变换下,具有较好的线性关系。输出 fix_xy 数值可知,其关系可以拟合出如下公式:

拟合出曲线对应的行星平均密度为:

同样的方式绘制恒星质量与半径的关系。

从输出结果可以看出,恒星与行星的规律不同,其质量与半径在对数下呈二次曲线关系,其关系符合以下公式:

同样的方式研究恒星表面重力加速度与半径的关系。

从输出结果可以看出,恒星表面对数重力加速度与其对数半径呈现较好的线性关系:

以上我们分别探索了各变量的分布和部分变量的相关关系,当数据较多时,可以通过 pd.plotting.scatter_matrix 接口,直接绘制各变量的分布和任意两个变量的散点图分布,对于数据的初步探索,该接口可以让我们迅速对数据全貌有较为清晰的认识。

通过行星的半径和质量,恒星的半径和质量,以及行星的公转周期等指标与地球的相似性,寻找诸多行星中最类似地球的行星。

从输出结果可以看出,在 0.6 附近的位置出现了一个最大的圆圈,那就是我们找到的类地行星 Kepler - 452 b ,让我们了解一下这颗行星:

数据显示,Kepler - 452 b 行星公转周期为 384.84 天,半径为 1.63 地球半径,质量为 3.29 地球质量;它的恒星为 Kepler - 452 半径为太阳的 1.11 倍,质量为 1.04 倍,恒星方面数据与太阳相似度极高。

以下内容来自百度百科。 开普勒452b(Kepler 452b) ,是美国国家航空航天局(NASA)发现的外行星, 直径是地球的 1.6 倍,地球相似指数( ESI )为 0.83,距离地球1400光年,位于为天鹅座。

2015 年 7 月 24 日 0:00,美国国家航空航天局 NASA 举办媒体电话会议宣称,他们在天鹅座发现了一颗与地球相似指数达到 0.98 的类地行星开普勒 - 452 b。这个类地行星距离地球 1400 光年,绕着一颗与太阳非常相似的恒星运行。开普勒 452 b 到恒星的距离,跟地球到太阳的距离相同。NASA 称,由于缺乏关键数据,现在不能说 Kepler - 452 b 究竟是不是“另外一个地球”,只能说它是“迄今最接近另外一个地球”的系外行星。

在银河系经纬度坐标下绘制所有行星,并标记地球和 Kepler - 452 b 行星的位置。

类地行星,是人类寄希望移民的第二故乡,但即使最近的 Kepler-452 b ,也与地球相聚 1400 光年。

以下通过行星的公转周期和质量两个特征将所有行星聚为两类,即通过训练获得两个簇心。

定义函数-计算距离

聚类距离采用欧式距离:

定义函数-训练簇心

训练簇心的原理是:根据上一次的簇心计算所有点与所有簇心的距离,任一点的分类以其距离最近的簇心确定。依此原理计算出所有点的分类后,对每个分类计算新的簇心。

定义函数预测分类

根据训练得到的簇心,预测输入新的数据特征的分类。

开始训练

随机生成一个簇心,并训练 15 次。

绘制聚类结果

以最后一次训练得到的簇心为基础,进行行星的分类,并以等高面的形式绘制各类的边界。

从运行结果可以看出,所有行星被分成了两类。并通过上三角和下三角标注了每个类别的簇心位置。

聚类前

以下输出了聚类前原始数据绘制的图像。

Python 数据处理(三十九)—— groupby(过滤)

filter 方法可以返回原始对象的子集.

例如,我们想提取分组内的和大于 3 的所有分组的元素

filter 的参数必须是一个函数,函数参数是每个分组,并且返回 True 或 False

例如,提取元素个数大于 2 的分组

另外,我们也可以过滤掉不满足条件的组,而是返回一个类似索引对象。在这个对象中,没有通过的分组的元素被 NaN 填充

对于具有多列的 DataFrames ,过滤器应明确指定一列作为过滤条件

在进行聚合或转换时,你可能想对每个分组调用一个实例方法,例如

但是,如果需要传递额外的参数时,它会变得很冗长。我们可以直接使用分派到组对象上的方法

实际上这生成了一个函数包装器,在调用时,它接受所有传递的参数,并在每个分组上进行调用。

然后,这个结果可以和 agg 和 transform 结合在一起使用

在上面的例子中,我们按照年份分组,然后对每个分组中使用 fillna 补缺失值

nlargest 和 nsmallest 可以在 Series 类型的 groupby 上使用

对分组数据的某些操作可能并不适合聚合或转换。或者说,你可能只是想让 GroupBy 来推断如何合并结果

我们可以使用 apply 函数,例如

改变返回结果的维度

在 Series 上使用 apply 类似

对于之前的示例数据

假设,我们想按 A 分组并计算组内的标准差,但是 B 列的数据我们并不关心。

如果我们的函数不能应用于某些列,则会隐式的删除这些列,所以

直接计算标准差并不会报错

可以使用分类变量进行分组,分组的顺序会按照分类变量的顺序

可以使用 pd.Grouper 控制分组,对于如下数据

可以按照一定的频率对特定列进行分组,就像重抽样一样

可以分别对列或索引进行分组

类似于 Series 和 DataFrame ,可以使用 head 和 tail 获取分组前后几行

在 Series 或 DataFrame 中可以使用 nth() 来获取第 n 个元素,也可以用于获取每个分组的某一行

如果你要选择非空项,可以使用关键字参数 dropna ,如果是 DataFrame ,需要指定为 any 或 all (类似于 DataFrame.dropna(how='any|all') )

与其他方法一样,使用 as_index=False 分组名将不会作为索引

你也可以传入一个整数列表,一次性选取多行

使用 cumcount 方法,可以查看每行在分组中出现的顺序

可以使用 ngroup() 查看分组的顺序,该顺序与 cumcount 的顺序相反。

注意 :该顺序与迭代时的分组顺序一样,并不是第一次观测到的顺序

如何用Python进行大数据挖掘和分析?

如何用Python进行大数据挖掘和分析?快速入门路径图

大数据无处不在。在时下这个年代,不管你喜欢与否,在运营一个成功的商业的过程中都有可能会遇到它。

什么是 大数据 ?

大数据就像它看起来那样——有大量的数据。单独而言,你能从单一的数据获取的洞见穷其有限。但是结合复杂数学模型以及强大计算能力的TB级数据,却能创造出人类无法制造的洞见。大数据分析提供给商业的价值是无形的,并且每天都在超越人类的能力。

大数据分析的第一步就是要收集数据本身,也就是众所周知的“数据挖掘”。大部分的企业处理着GB级的数据,这些数据有用户数据、产品数据和地理位置数据。今天,我将会带着大家一起探索如何用 Python 进行大数据挖掘和分析?

为什么选择Python?

Python最大的优点就是简单易用。这个语言有着直观的语法并且还是个强大的多用途语言。这一点在大数据分析环境中很重要,并且许多企业内部已经在使用Python了,比如Google,YouTube,迪士尼等。还有,Python是开源的,并且有很多用于数据科学的类库。

现在,如果你真的要用Python进行大数据分析的话,毫无疑问你需要了解Python的语法,理解正则表达式,知道什么是元组、字符串、字典、字典推导式、列表和列表推导式——这只是开始。

数据分析流程

一般可以按“数据获取-数据存储与提取-数据预处理-数据建模与分析-数据可视化”这样的步骤来实施一个数据分析项目。按照这个流程,每个部分需要掌握的细分知识点如下:

数据获取:公开数据、Python爬虫

外部数据的获取方式主要有以下两种。

第一种是获取外部的公开数据集,一些科研机构、企业、政府会开放一些数据,你需要到特定的网站去下载这些数据。这些数据集通常比较完善、质量相对较高。

另一种获取外部数据的方式就是爬虫。

比如你可以通过爬虫获取招聘网站某一职位的招聘信息,爬取租房网站上某城市的租房信息,爬取豆瓣评分评分最高的电影列表,获取知乎点赞排行、网易云音乐评论排行列表。基于互联网爬取的数据,你可以对某个行业、某种人群进行分析。

在爬虫之前你需要先了解一些 Python 的基础知识:元素(列表、字典、元组等)、变量、循环、函数………

以及,如何用 Python 库(urllib、BeautifulSoup、requests、scrapy)实现网页爬虫。

掌握基础的爬虫之后,你还需要一些高级技巧,比如正则表达式、使用cookie信息、模拟用户登录、抓包分析、搭建代理池等等,来应对不同网站的反爬虫限制。

数据存取:SQL语言

在应对万以内的数据的时候,Excel对于一般的分析没有问题,一旦数据量大,就会力不从心,数据库就能够很好地解决这个问题。而且大多数的企业,都会以SQL的形式来存储数据。

SQL作为最经典的数据库工具,为海量数据的存储与管理提供可能,并且使数据的提取的效率大大提升。你需要掌握以下技能:

提取特定情况下的数据

数据库的增、删、查、改

数据的分组聚合、如何建立多个表之间的联系

数据预处理:Python(pandas)

很多时候我们拿到的数据是不干净的,数据的重复、缺失、异常值等等,这时候就需要进行数据的清洗,把这些影响分析的数据处理好,才能获得更加精确地分析结果。

对于数据预处理,学会 pandas (Python包)的用法,应对一般的数据清洗就完全没问题了。需要掌握的知识点如下:

选择:数据访问

缺失值处理:对缺失数据行进行删除或填充

重复值处理:重复值的判断与删除

异常值处理:清除不必要的空格和极端、异常数据

相关操作:描述性统计、Apply、直方图等

合并:符合各种逻辑关系的合并操作

分组:数据划分、分别执行函数、数据重组

Reshaping:快速生成数据透视表

概率论及统计学知识

需要掌握的知识点如下:

基本统计量:均值、中位数、众数、百分位数、极值等

其他描述性统计量:偏度、方差、标准差、显著性等

其他统计知识:总体和样本、参数和统计量、ErrorBar

概率分布与假设检验:各种分布、假设检验流程

其他概率论知识:条件概率、贝叶斯等

有了统计学的基本知识,你就可以用这些统计量做基本的分析了。你可以使用 Seaborn、matplotlib 等(python包)做一些可视化的分析,通过各种可视化统计图,并得出具有指导意义的结果。

Python 数据分析

掌握回归分析的方法,通过线性回归和逻辑回归,其实你就可以对大多数的数据进行回归分析,并得出相对精确地结论。这部分需要掌握的知识点如下:

回归分析:线性回归、逻辑回归

基本的分类算法:决策树、随机森林……

基本的聚类算法:k-means……

特征工程基础:如何用特征选择优化模型

调参方法:如何调节参数优化模型

Python 数据分析包:scipy、numpy、scikit-learn等

在数据分析的这个阶段,重点了解回归分析的方法,大多数的问题可以得以解决,利用描述性的统计分析和回归分析,你完全可以得到一个不错的分析结论。

当然,随着你实践量的增多,可能会遇到一些复杂的问题,你就可能需要去了解一些更高级的算法:分类、聚类。

然后你会知道面对不同类型的问题的时候更适合用哪种算法模型,对于模型的优化,你需要去了解如何通过特征提取、参数调节来提升预测的精度。

你可以通过 Python 中的 scikit-learn 库来实现数据分析、数据挖掘建模和分析的全过程。

总结

其实做数据挖掘不是梦,5步就能让你成为一个Python爬虫高手!

python怎么做数据分析

链接:

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炼数成金:Python数据分析。Python是一种面向对象、直译式计算机程序设计语言。也是一种功能强大而完善的通用型语言,已经具有十多年的发展历史,成熟且稳定。Python 具有脚本语言中最丰富和强大的类库,足以支持绝大多数日常应用。 Python语法简捷而清晰,具有丰富和强大的类库。它常被昵称为胶水语言,它能够很轻松的把用其他语言制作的各种模块(尤其是C/C++)轻松地联结在一起。

课程将从Python的基本使用方法开始,一步步讲解,从ETL到各种数据分析方法的使用,并结合实例,让学员能从中借鉴学习。

课程目录:

Python基础

Python的概览——Python的基本介绍、安装与基本语法、变量类型与运算符

了解Python流程控制——条件、循环语句与其他语句

常用函数——函数的定义与使用方法、主要内置函数的介绍

.....

python(pandas模块)?

1.什么是pandas? numpy模块和pandas模块都是用于处理数据的模块。 numpy主要用于针对数组进行统计计算,处理数字数据比较方便。 pandas除了可以处理数字数据,还可...

python数据分析的一般步骤是什么

下面是用python进行数据分析的一般步骤:

一:数据抽取

从外部源数据中获取数据

保存为各种格式的文件、数据库等

使用Scrapy爬虫等技术

二:数据加载

从数据库、文件中提取数据,变成DataFrame对象

pandas库的文件读取方法

三:数据处理

数据准备:

对DataFrame对象(多个)进行组装、合并等操作

pandas库的操作

数据转化:

类型转化、分类(面元等)、异常值检测、过滤等

pandas库的操作

数据聚合:

分组(分类)、函数处理、合并成新的对象

pandas库的操作

四:数据可视化

将pandas的数据结构转化为图表的形式

matplotlib库

五:预测模型的创建和评估

数据挖掘的各种算法:

关联规则挖掘、回归分析、聚类、分类、时序挖掘、序列模式挖掘等

六:部署(得出结果)

从模型和评估中获得知识

知识的表示形式:规则、决策树、知识基、网络权值

更多技术请关注python视频教程。