人工智慧-機器學習-Python-第三方庫-Pandas(用於資料處理)
一、Pandas介紹
學習目標
- 目標
- 瞭解什麼是pandas
- 瞭解Numpy與Pandas的不同
- 知道使用pandas的優勢
1 Pandas介紹
- 2008年WesMcKinney開發出的庫
- 專門用於資料探勘的開源python庫
- 以Numpy為基礎,借力Numpy模組在計算方面效能高的優勢
- 基於matplotlib,能夠簡便的畫圖
- 獨特的資料結構
2 為什麼使用Pandas
Numpy已經能夠幫助我們處理資料,能夠結合matplotlib解決部分資料展示等問題,那麼pandas學習的目的在什麼地方呢?
-
增強圖表可讀性
-
回憶我們在numpy當中建立學生成績表樣式:
-
返回結果:
array([[92, 55, 78, 50, 50], [71, 76, 50, 48, 96], [45, 84, 78, 51, 68], [81, 91, 56, 54, 76], [86, 66, 77, 67, 95], [46, 86, 56, 61, 99], [46, 95, 44, 46, 56], [80, 50, 45, 65, 57], [41, 93, 90, 41, 97], [65, 83, 57, 57, 40]])
如果資料展示為這樣,可讀性就會更友好:
-
-
便捷的資料處理能力
- 讀取檔案方便
- 封裝了Matplotlib、Numpy的畫圖和計算
3 小結
- pandas的優勢【瞭解】
- 增強圖表可讀性
- 便捷的資料處理能力
- 讀取檔案方便
- 封裝了Matplotlib、Numpy的畫圖和計算
二、Pandas資料結構
學習目標
- 目標
- 知道Pandas的Series結構
- 掌握Pandas的Dataframe結構
- 瞭解Pandas的MultiIndex與panel結構
Pandas中一共有三種資料結構,分別為:Series、DataFrame和MultiIndex(老版本中叫Panel )。
其中Series是一維資料結構,DataFrame是二維的表格型資料結構,MultiIndex是三維的資料結構。
1.Series
Series是一個類似於一維陣列的資料結構,它能夠儲存任何型別的資料,比如整數、字串、浮點數等,主要由一組資料和與之相關的索引兩部分構成。
1.1 Series的建立
# 匯入pandas
import pandas as pd
pd.Series(data=None, index=None, dtype=None)
- 引數:
- data:傳入的資料,可以是ndarray、list等
- index:索引,必須是唯一的,且與資料的長度相等。如果沒有傳入索引引數,則預設會自動建立一個從0-N的整數索引。
- dtype:資料的型別
通過已有資料建立
- 指定內容,預設索引
pd.Series(np.arange(10))
# 執行結果
0 0
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
8 8
9 9
dtype: int64
- 指定索引
pd.Series([6.7,5.6,3,10,2], index=[1,2,3,4,5])
# 執行結果
1 6.7
2 5.6
3 3.0
4 10.0
5 2.0
dtype: float64
- 通過字典資料建立
color_count = pd.Series({'red':100, 'blue':200, 'green': 500, 'yellow':1000})
color_count
# 執行結果
blue 200
green 500
red 100
yellow 1000
dtype: int64
1.2 Series的屬性
為了更方便地操作Series物件中的索引和資料,Series中提供了兩個屬性index和values
- index
color_count.index
# 結果
Index(['blue', 'green', 'red', 'yellow'], dtype='object')
- values
color_count.values
# 結果
array([ 200, 500, 100, 1000])
也可以使用索引來獲取資料:
color_count[2]
# 結果
100
2.DataFrame
DataFrame是一個類似於二維陣列或表格(如excel)的物件,既有行索引,又有列索引
- 行索引,表明不同行,橫向索引,叫index,0軸,axis=0
- 列索引,表名不同列,縱向索引,叫columns,1軸,axis=1
2.1 DataFrame的建立
# 匯入pandas
import pandas as pd
pd.DataFrame(data=None, index=None, columns=None)
-
引數:
- index:行標籤。如果沒有傳入索引引數,則預設會自動建立一個從0-N的整數索引。
- columns:列標籤。如果沒有傳入索引引數,則預設會自動建立一個從0-N的整數索引。
-
通過已有資料建立
舉例一:
pd.DataFrame(np.random.randn(2,3))
回憶我們們在前面直接使用np建立的陣列顯示方式,比較兩者的區別。
舉例二:建立學生成績表
# 生成10名同學,5門功課的資料
score = np.random.randint(40, 100, (10, 5))
# 結果
array([[92, 55, 78, 50, 50],
[71, 76, 50, 48, 96],
[45, 84, 78, 51, 68],
[81, 91, 56, 54, 76],
[86, 66, 77, 67, 95],
[46, 86, 56, 61, 99],
[46, 95, 44, 46, 56],
[80, 50, 45, 65, 57],
[41, 93, 90, 41, 97],
[65, 83, 57, 57, 40]])
但是這樣的資料形式很難看到儲存的是什麼的樣的資料,可讀性比較差!!
問題:如何讓資料更有意義的顯示?
# 使用Pandas中的資料結構
score_df = pd.DataFrame(score)
給分數資料增加行列索引,顯示效果更佳
效果:
- 增加行、列索引
# 構造行索引序列
subjects = ["語文", "數學", "英語", "政治", "體育"]
# 構造列索引序列
stu = ['同學' + str(i) for i in range(score_df.shape[0])]
# 新增行索引
data = pd.DataFrame(score, columns=subjects, index=stu)
2.2 DataFrame的屬性
- shape
data.shape
# 結果
(10, 5)
- index
DataFrame的行索引列表
data.index
# 結果
Index(['同學0', '同學1', '同學2', '同學3', '同學4', '同學5', '同學6', '同學7', '同學8', '同學9'], dtype='object')
- columns
DataFrame的列索引列表
data.columns
# 結果
Index(['語文', '數學', '英語', '政治', '體育'], dtype='object')
- values
直接獲取其中array的值
data.values
array([[92, 55, 78, 50, 50],
[71, 76, 50, 48, 96],
[45, 84, 78, 51, 68],
[81, 91, 56, 54, 76],
[86, 66, 77, 67, 95],
[46, 86, 56, 61, 99],
[46, 95, 44, 46, 56],
[80, 50, 45, 65, 57],
[41, 93, 90, 41, 97],
[65, 83, 57, 57, 40]])
- T
轉置
data.T
結果
- head(5):顯示前5行內容
如果不補充引數,預設5行。填入引數N則顯示前N行
data.head(5)
- tail(5):顯示後5行內容
如果不補充引數,預設5行。填入引數N則顯示後N行
data.tail(5)
2.3 DatatFrame索引的設定
需求:
2.3.1 修改行列索引值
stu = ["學生_" + str(i) for i in range(score_df.shape[0])]
# 必須整體全部修改
data.index = stu
注意:以下修改方式是錯誤的
# 錯誤修改方式
data.index[3] = '學生_3'
2.3.2 重設索引
- reset_index(drop=False)
- 設定新的下標索引
- drop:預設為False,不刪除原來索引,如果為True,刪除原來的索引值
# 重置索引,drop=False
data.reset_index()
# 重置索引,drop=True
data.reset_index(drop=True)
2.3.3 以某列值設定為新的索引
- set_index(keys, drop=True)
- keys : 列索引名成或者列索引名稱的列表
- drop : boolean, default True.當做新的索引,刪除原來的列
設定新索引案例
1、建立
df = pd.DataFrame({'month': [1, 4, 7, 10],
'year': [2012, 2014, 2013, 2014],
'sale':[55, 40, 84, 31]})
month sale year
0 1 55 2012
1 4 40 2014
2 7 84 2013
3 10 31 2014
2、以月份設定新的索引
df.set_index('month')
sale year
month
1 55 2012
4 40 2014
7 84 2013
10 31 2014
3、設定多個索引,以年和月份
df = df.set_index(['year', 'month'])
df
sale
year month
2012 1 55
2014 4 40
2013 7 84
2014 10 31
注:通過剛才的設定,這樣DataFrame就變成了一個具有MultiIndex的DataFrame。
3.MultiIndex與Panel
3.1 MultiIndex
MultiIndex是三維的資料結構;
多級索引(也稱層次化索引)是pandas的重要功能,可以在Series、DataFrame物件上擁有2個以及2個以上的索引。
3.1.1 multiIndex的特性
列印剛才的df的行索引結果
df.index
MultiIndex(levels=[[2012, 2013, 2014], [1, 4, 7, 10]],
labels=[[0, 2, 1, 2], [0, 1, 2, 3]],
names=['year', 'month'])
多級或分層索引物件。
- index屬性
- names:levels的名稱
- levels:每個level的元組值
df.index.names
# FrozenList(['year', 'month'])
df.index.levels
# FrozenList([[1, 2], [1, 4, 7, 10]])
3.1.2 multiIndex的建立
arrays = [[1, 1, 2, 2], ['red', 'blue', 'red', 'blue']]
pd.MultiIndex.from_arrays(arrays, names=('number', 'color'))
# 結果
MultiIndex(levels=[[1, 2], ['blue', 'red']],
codes=[[0, 0, 1, 1], [1, 0, 1, 0]],
names=['number', 'color'])
3.2 Panel
3.2.1 panel的建立
-
class
pandas.Panel
(data=None, items=None, major_axis=None, minor_axis=None)-
作用:儲存3維陣列的Panel結構
-
引數:
-
data : ndarray或者dataframe
-
items : 索引或類似陣列的物件,axis=0
-
major_axis : 索引或類似陣列的物件,axis=1
-
minor_axis : 索引或類似陣列的物件,axis=2
-
-
p = pd.Panel(data=np.arange(24).reshape(4,3,2),
items=list('ABCD'),
major_axis=pd.date_range('20130101', periods=3),
minor_axis=['first', 'second'])
# 結果
<class 'pandas.core.panel.Panel'>
Dimensions: 4 (items) x 3 (major_axis) x 2 (minor_axis)
Items axis: A to D
Major_axis axis: 2013-01-01 00:00:00 to 2013-01-03 00:00:00
Minor_axis axis: first to second
3.2.2 檢視panel資料
p[:,:,"first"]
p["B",:,:]
注:Pandas從版本0.20.0開始棄用:推薦的用於表示3D資料的方法是通過DataFrame上的MultiIndex方法
4 小結
- pandas的優勢【瞭解】
- 增強圖表可讀性
- 便捷的資料處理能力
- 讀取檔案方便
- 封裝了Matplotlib、Numpy的畫圖和計算
- series【知道】
- 建立
- pd.Series([], index=[])
- pd.Series({})
- 屬性
- 物件.index
- 物件.values
- 建立
- DataFrame【掌握】
- 建立
- pd.DataFrame(data=None, index=None, columns=None)
- 屬性
- shape – 形狀
- index – 行索引
- columns – 列索引
- values – 檢視值
- T – 轉置
- head() – 檢視頭部內容
- tail() – 檢視尾部內容
- DataFrame索引
- 修改的時候,需要進行全域性修改
- 物件.reset_index()
- 物件.set_index(keys)
- 建立
- MultiIndex與Panel【瞭解】
- multiIndex:
- 類似ndarray中的三維陣列
- 建立:
- pd.MultiIndex.from_arrays()
- 屬性:
- 物件.index
- panel:
- pd.Panel(data, items, major_axis, minor_axis)
- panel資料要是想看到,則需要進行索引到dataframe或者series才可以
- multiIndex:
三、Pandas基本資料操作
學習目標
- 目標
- 記憶DataFrame的形狀、行列索引名稱獲取等基本屬性
- 應用Series和DataFrame的索引進行切片獲取
- 應用sort_index和sort_values實現索引和值的排序
為了更好的理解這些基本操作,我們將讀取一個真實的股票資料。關於檔案操作,後面在介紹,這裡只先用一下API
# 讀取檔案
data = pd.read_csv("./data/stock_day.csv")
# 刪除一些列,讓資料更簡單些,再去做後面的操作
data = data.drop(["ma5","ma10","ma20","v_ma5","v_ma10","v_ma20"], axis=1)
1 索引操作
Numpy當中我們已經講過使用索引選取序列和切片選擇,pandas也支援類似的操作,也可以直接使用列名、行名
稱,甚至組合使用。
1.1 直接使用行列索引(先列後行,直接索引時只能通過索引名進行索引,不能通過下標)
獲取’2018-02-27’這天的’close’的結果
# 直接使用行列索引名字的方式(先列後行)
data['open']['2018-02-27']
23.53
# 不支援的操作
# 錯誤
data['2018-02-27']['open']
# 錯誤
data[:1, :2]
1.2 結合loc或者iloc使用索引
獲取從’2018-02-27’:‘2018-02-22’,'open’的結果
# 使用loc:只能指定行列索引的名字(通過索引值索引;先行後列)
data.loc['2018-02-27':'2018-02-22', 'open']
2018-02-27 23.53
2018-02-26 22.80
2018-02-23 22.88
Name: open, dtype: float64
# 使用iloc可以通過索引的下標去獲取(通過索引下標索引;先行後列)
# 獲取前3天資料,前5列的結果
data.iloc[:3, :5]
open high close low
2018-02-27 23.53 25.88 24.16 23.53
2018-02-26 22.80 23.78 23.53 22.80
2018-02-23 22.88 23.37 22.82 22.71
1.3 使用ix組合索引
Warning:Starting in 0.20.0, the
.ix
indexer is deprecated, in favor of the more strict.iloc
and.loc
indexers.
獲取行第1天到第4天,[‘open’, ‘close’, ‘high’, ‘low’]這個四個指標的結果
# 使用ix進行下表和名稱組合做引
data.ix[0:4, ['open', 'close', 'high', 'low']]
# 推薦使用loc和iloc來獲取的方式
data.loc[data.index[0:4], ['open', 'close', 'high', 'low']]
data.iloc[0:4, data.columns.get_indexer(['open', 'close', 'high', 'low'])]
open close high low
2018-02-27 23.53 24.16 25.88 23.53
2018-02-26 22.80 23.53 23.78 22.80
2018-02-23 22.88 22.82 23.37 22.71
2018-02-22 22.25 22.28 22.76 22.02
2 賦值操作
對DataFrame當中的close列進行重新賦值為1
# 直接修改原來的值
data['close'] = 1
# 或者
data.close = 1
3 排序
排序有兩種形式,一種對於索引進行排序,一種對於內容進行排序
3.1 DataFrame排序
- 使用df.sort_values(by=, ascending=)
- 單個鍵或者多個鍵進行排序,
- 引數:
- by:指定排序參考的鍵
- ascending:預設升序
- ascending=False:降序
- ascending=True:升序
# 按照開盤價大小進行排序 , 使用ascending指定按照大小排序
data.sort_values(by="open", ascending=True).head()
# 按照多個鍵進行排序
data.sort_values(by=['open', 'high'])
- 使用df.sort_index給索引進行排序
這個股票的日期索引原來是從大到小,現在重新排序,從小到大
# 對索引進行排序
data.sort_index()
3.2 Series排序
- 使用series.sort_values(ascending=True)進行排序
series排序時,只有一列,不需要引數
data['p_change'].sort_values(ascending=True).head()
2015-09-01 -10.03
2015-09-14 -10.02
2016-01-11 -10.02
2015-07-15 -10.02
2015-08-26 -10.01
Name: p_change, dtype: float64
- 使用series.sort_index()進行排序
與df一致
# 對索引進行排序
data['p_change'].sort_index().head()
2015-03-02 2.62
2015-03-03 1.44
2015-03-04 1.57
2015-03-05 2.02
2015-03-06 8.51
Name: p_change, dtype: float64
4 總結
- 1.索引【掌握】
- 直接索引 – 先列後行,是需要通過索引的字串進行獲取
- loc – 先行後列,是需要通過索引的字串進行獲取
- iloc – 先行後列,是通過下標進行索引
- ix – 先行後列, 可以用上面兩種方法混合進行索引
- 2.賦值【知道】
- data[""] = **
- data.** = **
- 3.排序【知道】
- dataframe
- 物件.sort_values()
- 物件.sort_index()
- series
- 物件.sort_values()
- 物件.sort_index()
- dataframe
四、Pandas: DataFrame運算
學習目標
- 目標
- 應用add等實現資料間的加、減法運算
- 應用邏輯運算子號實現資料的邏輯篩選
- 應用isin, query實現資料的篩選
- 使用describe完成綜合統計
- 使用max, min, mean, std完成統計計算
- 使用idxmin、idxmax完成最大值最小值的索引
- 使用cumsum等實現累計分析
- 應用apply函式實現資料的自定義處理
1 算術運算
- add(other)
比如進行數學運算加上具體的一個數字
data['open'].add(1)
# data['open']+1 # 也能成功,但是一般不會這麼使用,後面再用.head()比較麻煩
2018-02-27 24.53
2018-02-26 23.80
2018-02-23 23.88
2018-02-22 23.25
2018-02-14 22.49
- sub(other)’
2 邏輯運算
2.1 邏輯運算子號
- 例如篩選data[“open”] > 23的日期資料
- data[“open”] > 23返回邏輯結果
data["open"] > 23
2018-02-27 True
2018-02-26 False
2018-02-23 False
2018-02-22 False
2018-02-14 False
# 邏輯判斷的結果可以作為篩選的依據
data[data["open"] > 23].head()
- 完成多個邏輯判斷,
data[(data["open"] > 23) & (data["open"] < 24)].head()
2.2 邏輯運算函式
- query(expr)
- expr:查詢字串
通過query使得剛才的過程更加方便簡單
data.query("open<24 & open>23").head()
- isin(values)
例如判斷’open’是否為23.53和23.85
# 可以指定值進行一個判斷,從而進行篩選操作
data[data["open"].isin([23.53, 23.85])]
3 統計運算
3.1 describe
綜合分析: 能夠直接得出很多統計結果,count
, mean
, std
, min
, max
等
# 計算平均值、標準差、最大值、最小值
data.describe()
)
3.2 統計函式
Numpy當中已經詳細介紹,在這裡我們演示min(最小值), max(最大值), mean(平均值), median(中位數), var(方差), std(標準差),mode(眾數)結果:
count | Number of non-NA observations |
---|---|
sum | Sum of values |
mean | Mean of values |
median | Arithmetic median of values |
min | Minimum |
max | Maximum |
mode | Mode |
abs | Absolute Value |
prod | Product of values |
std | Bessel-corrected sample standard deviation |
var | Unbiased variance |
idxmax | compute the index labels with the maximum |
idxmin | compute the index labels with the minimum |
對於單個函式去進行統計的時候,座標軸還是按照預設列“columns” (axis=0, default),如果要對行“index” 需要指定(axis=1)
- max()、min()
# 使用統計函式:0 代表“列”求結果, 1 代表“行”求統計結果
data.max(0)
open 34.99
high 36.35
close 35.21
low 34.01
volume 501915.41
price_change 3.03
p_change 10.03
turnover 12.56
my_price_change 3.41
dtype: float64
- std()、var()
# 方差
data.var(0)
open 1.545255e+01
high 1.662665e+01
close 1.554572e+01
low 1.437902e+01
volume 5.458124e+09
price_change 8.072595e-01
p_change 1.664394e+01
turnover 4.323800e+00
my_price_change 6.409037e-01
dtype: float64
# 標準差
data.std(0)
open 3.930973
high 4.077578
close 3.942806
low 3.791968
volume 73879.119354
price_change 0.898476
p_change 4.079698
turnover 2.079375
my_price_change 0.800565
dtype: float64
- median():中位數
中位數為將資料從小到大排列,在最中間的那個數為中位數。如果沒有中間數,取中間兩個數的平均值。
df = pd.DataFrame({'COL1' : [2,3,4,5,4,2],
'COL2' : [0,1,2,3,4,2]})
df.median()
COL1 3.5
COL2 2.0
dtype: float64
- idxmax()、idxmin()
# 求出最大值的位置
data.idxmax(axis=0)
open 2015-06-15
high 2015-06-10
close 2015-06-12
low 2015-06-12
volume 2017-10-26
price_change 2015-06-09
p_change 2015-08-28
turnover 2017-10-26
my_price_change 2015-07-10
dtype: object
# 求出最小值的位置
data.idxmin(axis=0)
open 2015-03-02
high 2015-03-02
close 2015-09-02
low 2015-03-02
volume 2016-07-06
price_change 2015-06-15
p_change 2015-09-01
turnover 2016-07-06
my_price_change 2015-06-15
dtype: object
3.3 累計統計函式
函式 | 作用 |
---|---|
cumsum | 計算前1/2/3/…/n個數的和 |
cummax | 計算前1/2/3/…/n個數的最大值 |
cummin | 計算前1/2/3/…/n個數的最小值 |
cumprod | 計算前1/2/3/…/n個數的積 |
那麼這些累計統計函式怎麼用?
以上這些函式可以對series和dataframe操作
這裡我們按照時間的從前往後來進行累計
- 排序
# 排序之後,進行累計求和
data = data.sort_index()
- 對p_change進行求和
stock_rise = data['p_change']
# plot方法整合了前面直方圖、條形圖、餅圖、折線圖
stock_rise.cumsum()
2015-03-02 2.62
2015-03-03 4.06
2015-03-04 5.63
2015-03-05 7.65
2015-03-06 16.16
2015-03-09 16.37
2015-03-10 18.75
2015-03-11 16.36
2015-03-12 15.03
2015-03-13 17.58
2015-03-16 20.34
2015-03-17 22.42
2015-03-18 23.28
2015-03-19 23.74
2015-03-20 23.48
2015-03-23 23.74
那麼如何讓這個連續求和的結果更好的顯示呢?
如果要使用plot函式,需要匯入matplotlib.
import matplotlib.pyplot as plt
# plot顯示圖形
stock_rise.cumsum().plot()
# 需要呼叫show,才能顯示出結果
plt.show()
關於plot,稍後會介紹API的選擇
4 自定義運算
- apply(func, axis=0)
- func:自定義函式
- axis=0:預設是列,axis=1為行進行運算
- 定義一個對列,最大值-最小值的函式
data[['open', 'close']].apply(lambda x: x.max() - x.min(), axis=0)
open 22.74
close 22.85
dtype: float64
5 小結
- 算術運算【知道】
- 邏輯運算【知道】
- 1.邏輯運算子號
- 2.邏輯運算函式
- 物件.query()
- 物件.isin()
- 統計運算【知道】
- 1.物件.describe()
- 2.統計函式
- 3.累積統計函式
- 自定義運算【知道】
- apply(func, axis=0)
五、Pandas畫圖
學習目標
- 目標
- 瞭解DataFrame的畫圖函式
- 瞭解Series的畫圖函式
1 pandas.DataFrame.plot
DataFrame.plot
(kind=‘line’)- kind : str,需要繪製圖形的種類
- ‘line’ : line plot (default)
- ‘bar’ : vertical bar plot
- ‘barh’ : horizontal bar plot
- 關於“barh”的解釋:
- http://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/reference/api/pandas.DataFrame.plot.barh.html
- ‘hist’ : histogram
- ‘pie’ : pie plot
- ‘scatter’ : scatter plot
更多細節:https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/generated/pandas.DataFrame.plot.html?highlight=plot#pandas.DataFrame.plot
2 pandas.Series.plot
更多細節:https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/generated/pandas.Series.plot.html?highlight=plot#pandas.Series.plot
六、Pandas檔案讀取與儲存
學習目標
- 目標
- 瞭解Pandas的幾種檔案讀取儲存操作
- 應用CSV方式、HDF方式和json方式實現檔案的讀取和儲存
我們的資料大部分存在於檔案當中,所以pandas會支援複雜的IO操作,pandas的API支援眾多的檔案格式,如CSV、SQL、XLS、JSON、HDF5。
注:最常用的HDF5和CSV檔案
1 CSV
1.1 read_csv
- pandas.read_csv(filepath_or_buffer, sep =’,’, usecols )
- filepath_or_buffer:檔案路徑
- sep :分隔符,預設用","隔開
- usecols:指定讀取的列名,列表形式
- 舉例:讀取之前的股票的資料
# 讀取檔案,並且指定只獲取'open', 'close'指標
data = pd.read_csv("./data/stock_day.csv", usecols=['open', 'close'])
open close
2018-02-27 23.53 24.16
2018-02-26 22.80 23.53
2018-02-23 22.88 22.82
2018-02-22 22.25 22.28
2018-02-14 21.49 21.92
1.2 to_csv
- DataFrame.to_csv(path_or_buf=None, sep=’, ’, columns=None, header=True, index=True, mode=‘w’, encoding=None)
- path_or_buf :檔案路徑
- sep :分隔符,預設用","隔開
- columns :選擇需要的列索引
- header :boolean or list of string, default True,是否寫進列索引值
- index:是否寫進行索引
- mode:‘w’:重寫, ‘a’ 追加
- 舉例:儲存讀取出來的股票資料
- 儲存’open’列的資料,然後讀取檢視結果
# 選取10行資料儲存,便於觀察資料
data[:10].to_csv("./data/test.csv", columns=['open'])
# 讀取,檢視結果
pd.read_csv("./data/test.csv")
Unnamed: 0 open
0 2018-02-27 23.53
1 2018-02-26 22.80
2 2018-02-23 22.88
3 2018-02-22 22.25
4 2018-02-14 21.49
5 2018-02-13 21.40
6 2018-02-12 20.70
7 2018-02-09 21.20
8 2018-02-08 21.79
9 2018-02-07 22.69
會發現將索引存入到檔案當中,變成單獨的一列資料。如果需要刪除,可以指定index引數,刪除原來的檔案,重新儲存一次。
# index:儲存不會講索引值變成一列資料
data[:10].to_csv("./data/test.csv", columns=['open'], index=False)
2 HDF5
2.1 read_hdf與to_hdf
HDF5檔案的讀取和儲存需要指定一個鍵,值為要儲存的DataFrame
-
pandas.read_hdf(path_or_buf,key =None,** kwargs)
從h5檔案當中讀取資料
- path_or_buffer:檔案路徑
- key:讀取的鍵
- return:Theselected object
-
DataFrame.to_hdf(path_or_buf, key, **kwargs)
2.2 案例
- 讀取檔案
day_close = pd.read_hdf("./data/day_close.h5")
如果讀取的時候出現以下錯誤
需要安裝安裝tables模組避免不能讀取HDF5檔案
pip install tables
- 儲存檔案
day_close.to_hdf("./data/test.h5", key="day_close")
再次讀取的時候, 需要指定鍵的名字
new_close = pd.read_hdf("./data/test.h5", key="day_close")
注意:優先選擇使用HDF5檔案儲存
- HDF5在儲存的時候支援壓縮,使用的方式是blosc,這個是速度最快的也是pandas預設支援的
- 使用壓縮可以提磁碟利用率,節省空間
- HDF5還是跨平臺的,可以輕鬆遷移到hadoop 上面
3 JSON
JSON是我們常用的一種資料交換格式,前面在前後端的互動經常用到,也會在儲存的時候選擇這種格式。所以我們需要知道Pandas如何進行讀取和儲存JSON格式。
3.1 read_json
- pandas.read_json(path_or_buf=None, orient=None, typ=‘frame’, lines=False)
- 將JSON格式準換成預設的Pandas DataFrame格式
- orient : string,Indication of expected JSON string format.
- ‘split’ : dict like {index -> [index], columns -> [columns], data -> [values]}
- split 將索引總結到索引,列名到列名,資料到資料。將三部分都分開了
- ’records’ : list like [{column -> value}, … , {column -> value}]
- records 以
columns:values
的形式輸出
- records 以
- ‘index’ : dict like {index -> {column -> value}}
- index 以
index:{columns:values}...
的形式輸出
- index 以
- ’columns’ : dict like {column -> {index -> value}},預設該格式
- colums 以
columns:{index:values}
的形式輸出
- colums 以
- ‘values’ : just the values array
- values 直接輸出值
- ‘split’ : dict like {index -> [index], columns -> [columns], data -> [values]}
- lines : boolean, default False
- 按照每行讀取json物件
- typ : default ‘frame’, 指定轉換成的物件型別series或者dataframe
3.2 read_josn 案例
- 資料介紹
這裡使用一個新聞標題諷刺資料集,格式為json。is_sarcastic
:1諷刺的,否則為0;headline
:新聞報導的標題;article_link
:連結到原始新聞文章。儲存格式為:
{"article_link": "https://www.huffingtonpost.com/entry/versace-black-code_us_5861fbefe4b0de3a08f600d5", "headline": "former versace store clerk sues over secret 'black code' for minority shoppers", "is_sarcastic": 0}
{"article_link": "https://www.huffingtonpost.com/entry/roseanne-revival-review_us_5ab3a497e4b054d118e04365", "headline": "the 'roseanne' revival catches up to our thorny political mood, for better and worse", "is_sarcastic": 0}
- 讀取
orient指定儲存的json格式,lines指定按照行去變成一個樣本
json_read = pd.read_json("./data/Sarcasm_Headlines_Dataset.json", orient="records", lines=True)
結果為:
3.3 to_json
- DataFrame.to_json(path_or_buf=None, orient=None, lines=False)
- 將Pandas 物件儲存為json格式
- path_or_buf=None:檔案地址
- orient:儲存的json形式,{‘split’,’records’,’index’,’columns’,’values’}
- lines:一個物件儲存為一行
3.4 案例
- 儲存檔案
json_read.to_json("./data/test.json", orient='records')
結果
[{"article_link":"https:\/\/www.huffingtonpost.com\/entry\/versace-black-code_us_5861fbefe4b0de3a08f600d5","headline":"former versace store clerk sues over secret 'black code' for minority shoppers","is_sarcastic":0},{"article_link":"https:\/\/www.huffingtonpost.com\/entry\/roseanne-revival-review_us_5ab3a497e4b054d118e04365","headline":"the 'roseanne' revival catches up to our thorny political mood, for better and worse","is_sarcastic":0},{"article_link":"https:\/\/local.theonion.com\/mom-starting-to-fear-son-s-web-series-closest-thing-she-1819576697","headline":"mom starting to fear son's web series closest thing she will have to grandchild","is_sarcastic":1},{"article_link":"https:\/\/politics.theonion.com\/boehner-just-wants-wife-to-listen-not-come-up-with-alt-1819574302","headline":"boehner just wants wife to listen, not come up with alternative debt-reduction ideas","is_sarcastic":1},{"article_link":"https:\/\/www.huffingtonpost.com\/entry\/jk-rowling-wishes-snape-happy-birthday_us_569117c4e4b0cad15e64fdcb","headline":"j.k. rowling wishes snape happy birthday in the most magical way","is_sarcastic":0},{"article_link":"https:\/\/www.huffingtonpost.com\/entry\/advancing-the-worlds-women_b_6810038.html","headline":"advancing the world's women","is_sarcastic":0},....]
- 修改lines引數為True
json_read.to_json("./data/test.json", orient='records', lines=True)
結果
{"article_link":"https:\/\/www.huffingtonpost.com\/entry\/versace-black-code_us_5861fbefe4b0de3a08f600d5","headline":"former versace store clerk sues over secret 'black code' for minority shoppers","is_sarcastic":0}
{"article_link":"https:\/\/www.huffingtonpost.com\/entry\/roseanne-revival-review_us_5ab3a497e4b054d118e04365","headline":"the 'roseanne' revival catches up to our thorny political mood, for better and worse","is_sarcastic":0}
{"article_link":"https:\/\/local.theonion.com\/mom-starting-to-fear-son-s-web-series-closest-thing-she-1819576697","headline":"mom starting to fear son's web series closest thing she will have to grandchild","is_sarcastic":1}
{"article_link":"https:\/\/politics.theonion.com\/boehner-just-wants-wife-to-listen-not-come-up-with-alt-1819574302","headline":"boehner just wants wife to listen, not come up with alternative debt-reduction ideas","is_sarcastic":1}
{"article_link":"https:\/\/www.huffingtonpost.com\/entry\/jk-rowling-wishes-snape-happy-birthday_us_569117c4e4b0cad15e64fdcb","headline":"j.k. rowling wishes snape happy birthday in the most magical way","is_sarcastic":0}...
4 小結
- pandas的CSV、HDF5、JSON檔案的讀取【知道】
- 物件.read_**()
- 物件.to_**()
七、Pandas高階處理-缺失值處理
學習目標
- 目標
- 應用isnull判斷是否有缺失資料NaN
- 應用fillna實現缺失值的填充
- 應用dropna實現缺失值的刪除
- 應用replace實現資料的替換
1 如何處理nan
-
獲取缺失值的標記方式(NaN或者其他標記方式)
-
如果缺失值的標記方式是NaN
-
判斷資料中是否包含NaN:
- pd.isnull(df),
- pd.notnull(df)
-
存在缺失值nan:
-
1、刪除存在缺失值的:dropna(axis=‘rows’)
- 注:不會修改原資料,需要接受返回值
-
2、替換缺失值:fillna(value, inplace=True)
- value:替換成的值
- inplace:True:會修改原資料,False:不替換修改原資料,生成新的物件
-
-
-
如果缺失值沒有使用NaN標記,比如使用"?"
- 先替換‘?’為np.nan,然後繼續處理
2 電影資料的缺失值處理
- 電影資料檔案獲取
# 讀取電影資料
movie = pd.read_csv("./data/IMDB-Movie-Data.csv")
2.1 判斷缺失值是否存在
- pd.notnull()
pd.notnull(movie)
Rank Title Genre Description Director Actors Year Runtime (Minutes) Rating Votes Revenue (Millions) Metascore
0 True True True True True True True True True True True True
1 True True True True True True True True True True True True
2 True True True True True True True True True True True True
3 True True True True True True True True True True True True
4 True True True True True True True True True True True True
5 True True True True True True True True True True True True
6 True True True True True True True True True True True True
7 True True True True True True True True True True False True
np.all(pd.notnull(movie))
- pd.isnull()
2.2 存在缺失值nan,並且是np.nan
- 1、刪除
pandas刪除缺失值,使用dropna的前提是,缺失值的型別必須是np.nan
# 不修改原資料
movie.dropna()
# 可以定義新的變數接受或者用原來的變數名
data = movie.dropna()
- 2、替換缺失值
# 替換存在缺失值的樣本的兩列
# 替換填充平均值,中位數
# movie['Revenue (Millions)'].fillna(movie['Revenue (Millions)'].mean(), inplace=True)
替換所有缺失值:
for i in movie.columns:
if np.all(pd.notnull(movie[i])) == False:
print(i)
movie[i].fillna(movie[i].mean(), inplace=True)
2.3 不是缺失值nan,有預設標記的
資料是這樣的:
wis = pd.read_csv("https://archive.ics.uci.edu/ml/machine-learning-databases/breast-cancer-wisconsin/breast-cancer-wisconsin.data")
以上資料在讀取時,可能會報如下錯誤:
URLError: <urlopen error [SSL: CERTIFICATE_VERIFY_FAILED] certificate verify failed (_ssl.c:833)>
解決辦法:
# 全域性取消證照驗證
import ssl
ssl._create_default_https_context = ssl._create_unverified_context
處理思路分析:
- 1、先替換‘?’為np.nan
- df.replace(to_replace=, value=)
- to_replace:替換前的值
- value:替換後的值
- df.replace(to_replace=, value=)
# 把一些其它值標記的缺失值,替換成np.nan
wis = wis.replace(to_replace='?', value=np.nan)
- 2、在進行缺失值的處理
# 刪除
wis = wis.dropna()
3 小結
- isnull、notnull判斷是否存在缺失值【知道】
- np.any(pd.isnull(movie)) # 裡面如果有一個缺失值,就返回True
- np.all(pd.notnull(movie)) # 裡面如果有一個缺失值,就返回False
- dropna刪除np.nan標記的缺失值【知道】
- movie.dropna()
- fillna填充缺失值【知道】
- movie[i].fillna(value=movie[i].mean(), inplace=True)
- replace替換具體某些值【知道】
- wis.replace(to_replace="?", value=np.NaN)
八、Pandas高階處理-資料離散化
學習目標
- 目標
- 應用cut、qcut實現資料的區間分組
- 應用get_dummies實現資料的one-hot編碼
1 為什麼要離散化
連續屬性離散化的目的是為了簡化資料結構,資料離散化技術可以用來減少給定連續屬性值的個數。離散化方法經常作為資料探勘的工具。
2 什麼是資料的離散化
連續屬性的離散化就是在連續屬性的值域上,將值域劃分為若干個離散的區間,最後用不同的符號或整數
值代表落在每個子區間中的屬性值。
離散化有很多種方法,這使用一種最簡單的方式去操作
- 原始人的身高資料:165,174,160,180,159,163,192,184
- 假設按照身高分幾個區間段:150~165, 165180,180195
這樣我們將資料分到了三個區間段,我可以對應的標記為矮、中、高三個類別,最終要處理成一個"啞變數"矩陣
3 股票的漲跌幅離散化
我們對股票每日的"p_change"進行離散化
3.1 讀取股票的資料
先讀取股票的資料,篩選出p_change資料
data = pd.read_csv("./data/stock_day.csv")
p_change= data['p_change']
3.2 將股票漲跌幅資料進行分組
使用的工具:
- pd.qcut(data, q):
- 對資料進行分組將資料分組,一般會與value_counts搭配使用,統計每組的個數
- series.value_counts():統計分組次數
# 自行分組
qcut = pd.qcut(p_change, 10)
# 計算分到每個組資料個數
qcut.value_counts()
自定義區間分組:
- pd.cut(data, bins)
# 自己指定分組區間
bins = [-100, -7, -5, -3, 0, 3, 5, 7, 100]
p_counts = pd.cut(p_change, bins)
3.3 股票漲跌幅分組資料變成one-hot編碼
- 什麼是one-hot編碼
把每個類別生成一個布林列,這些列中只有一列可以為這個樣本取值為1.其又被稱為獨熱編碼。
把下圖中左邊的表格轉化為使用右邊形式進行表示:
-
pandas.get_dummies(data, prefix=None)
-
data:array-like, Series, or DataFrame
-
prefix:分組名字
-
# 得出one-hot編碼矩陣
dummies = pd.get_dummies(p_counts, prefix="rise")
4 小結
- 資料離散化【知道】
- 可以用來減少給定連續屬性值的個數
- 在連續屬性的值域上,將值域劃分為若干個離散的區間,最後用不同的符號或整數值代表落在每個子區間中的屬性值。
- qcut、cut實現資料分組【知道】
- qcut:大致分為相同的幾組
- cut:自定義分組區間
- get_dummies實現啞變數矩陣【知道】
九、Pandas高階處理-合併
學習目標
- 目標
- 應用pd.concat實現資料的合併
- 應用pd.merge實現資料的合併
如果你的資料由多張表組成,那麼有時候需要將不同的內容合併在一起分析
1 pd.concat實現資料合併
- pd.concat([data1, data2], axis=1)
- 按照行或列進行合併,axis=0為列索引,axis=1為行索引
比如我們將剛才處理好的one-hot編碼與原資料合併
# 按照行索引進行
pd.concat([data, dummies], axis=1)
2 pd.merge
- pd.merge(left, right, how=‘inner’, on=None)
- 可以指定按照兩組資料的共同鍵值對合並或者左右各自
left
: DataFrameright
: 另一個DataFrameon
: 指定的共同鍵- how:按照什麼方式連線
Merge method | SQL Join Name | Description |
---|---|---|
left | LEFT OUTER JOIN | Use keys from left frame only |
right | RIGHT OUTER JOIN | Use keys from right frame only |
outer | FULL OUTER JOIN | Use union of keys from both frames |
inner | INNER JOIN | Use intersection of keys from both frames |
2.1 pd.merge合併
left = pd.DataFrame({'key1': ['K0', 'K0', 'K1', 'K2'],
'key2': ['K0', 'K1', 'K0', 'K1'],
'A': ['A0', 'A1', 'A2', 'A3'],
'B': ['B0', 'B1', 'B2', 'B3']})
right = pd.DataFrame({'key1': ['K0', 'K1', 'K1', 'K2'],
'key2': ['K0', 'K0', 'K0', 'K0'],
'C': ['C0', 'C1', 'C2', 'C3'],
'D': ['D0', 'D1', 'D2', 'D3']})
# 預設內連線
result = pd.merge(left, right, on=['key1', 'key2'])
- 左連線
result = pd.merge(left, right, how='left', on=['key1', 'key2'])
- 右連線
result = pd.merge(left, right, how='right', on=['key1', 'key2'])
- 外連結
result = pd.merge(left, right, how='outer', on=['key1', 'key2'])
3 總結
- pd.concat([資料1, 資料2], axis=**)【知道】
- pd.merge(left, right, how=, on=)【知道】
- how – 以何種方式連線
- on – 連線的鍵的依據是哪幾個
十、Pandas高階處理-交叉表與透視表
學習目標
- 目標
- 應用crosstab和pivot_table實現交叉表與透視表
1 交叉表與透視表什麼作用
探究股票的漲跌與星期幾有關?
以下圖當中表示,week代表星期幾,1,0代表這一天股票的漲跌幅是好還是壞,裡面的資料代表比例
可以理解為所有時間為星期一等等的資料當中漲跌幅好壞的比例
- 交叉表:交叉表用於計算一列資料對於另外一列資料的分組個數(用於統計分組頻率的特殊透視表)
- pd.crosstab(value1, value2)
- 透視表:透視表是將原有的DataFrame的列分別作為行索引和列索引,然後對指定的列應用聚集函式
- data.pivot_table()
-
- DataFrame.pivot_table([], index=[])
2 案例分析
2.1 資料準備
- 準備兩列資料,星期資料以及漲跌幅是好是壞資料
- 進行交叉表計算
# 尋找星期幾跟股票張得的關係
# 1、先把對應的日期找到星期幾
date = pd.to_datetime(data.index).weekday
data['week'] = date
# 2、假如把p_change按照大小去分個類0為界限
data['posi_neg'] = np.where(data['p_change'] > 0, 1, 0)
# 通過交叉表找尋兩列資料的關係
count = pd.crosstab(data['week'], data['posi_neg'])
但是我們看到count只是每個星期日子的好壞天數,並沒有得到比例,該怎麼去做?
- 對於每個星期一等的總天數求和,運用除法運算求出比例
# 算數運算,先求和
sum = count.sum(axis=1).astype(np.float32)
# 進行相除操作,得出比例
pro = count.div(sum, axis=0)
2.2 檢視效果
使用plot畫出這個比例,使用stacked的柱狀圖
pro.plot(kind='bar', stacked=True)
plt.show()
2.3 使用pivot_table(透視表)實現
使用透視表,剛才的過程更加簡單
# 通過透視表,將整個過程變成更簡單一些
data_pivot = data.pivot_table(['posi_neg'], index='week')
data_pivot.plot(kind="bar")
plt.show()
3 小結
- 交叉表與透視表的作用【知道】
- 交叉表:計算一列資料對於另外一列資料的分組個數
- 透視表:指定某一列對另一列的關係
十一、Pandas高階處理-分組與聚合
學習目標
- 目標
- 應用groupby和聚合函式實現資料的分組與聚合
分組與聚合通常是分析資料的一種方式,通常與一些統計函式一起使用,檢視資料的分組情況
想一想其實剛才的交叉表與透視表也有分組的功能,所以算是分組的一種形式,只不過他們主要是計算次數或者計算比例!!看其中的效果:
1 什麼分組與聚合
2 分組API
- DataFrame.groupby(key, as_index=False)
- key:分組的列資料,可以多個
- 案例:不同顏色的不同筆的價格資料
col =pd.DataFrame({'color': ['white','red','green','red','green'], 'object': ['pen','pencil','pencil','ashtray','pen'],'price1':[5.56,4.20,1.30,0.56,2.75],'price2':[4.75,4.12,1.60,0.75,3.15]})
color object price1 price2
0 white pen 5.56 4.75
1 red pencil 4.20 4.12
2 green pencil 1.30 1.60
3 red ashtray 0.56 0.75
4 green pen 2.75 3.15
- 進行分組,對顏色分組,price進行聚合
# 分組,求平均值
col.groupby(['color'])['price1'].mean()
col['price1'].groupby(col['color']).mean()
color
green 2.025
red 2.380
white 5.560
Name: price1, dtype: float64
# 分組,資料的結構不變
col.groupby(['color'], as_index=False)['price1'].mean()
color price1
0 green 2.025
1 red 2.380
2 white 5.560
3 星巴克零售店鋪資料
現在我們有一組關於全球星巴克店鋪的統計資料,如果我想知道美國的星巴克數量和中國的哪個多,或者我想知道中國每個省份星巴克的數量的情況,那麼應該怎麼辦?
資料來源:https://www.kaggle.com/starbucks/store-locations/data
3.1 資料獲取
從檔案中讀取星巴克店鋪資料
# 匯入星巴克店的資料
starbucks = pd.read_csv("./data/starbucks/directory.csv")
3.2 進行分組聚合
# 按照國家分組,求出每個國家的星巴克零售店數量
count = starbucks.groupby(['Country']).count()
畫圖顯示結果
count['Brand'].plot(kind='bar', figsize=(20, 8))
plt.show()
假設我們加入省市一起進行分組
# 設定多個索引,set_index()
starbucks.groupby(['Country', 'State/Province']).count()
仔細觀察這個結構,與我們前面講的哪個結構類似??
與前面的MultiIndex結構類似
4 小結
- groupby進行資料的分組【知道】
- pandas中,拋開聚合談分組,無意義
十二、Pandas案例分析-電影案例分析
1 需求
現在我們有一組從2006年到2016年1000部最流行的電影資料
資料來源:https://www.kaggle.com/damianpanek/sunday-eda/data
- 問題1:我們想知道這些電影資料中評分的平均分,導演的人數等資訊,我們應該怎麼獲取?
- 問題2:對於這一組電影資料,如果我們想rating,runtime的分佈情況,應該如何呈現資料?
- 問題3:對於這一組電影資料,如果我們希望統計電影分類(genre)的情況,應該如何處理資料?
2 實現
首先獲取匯入包,獲取資料
%matplotlib inline
import pandas as pd
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
#檔案的路徑
path = "./data/IMDB-Movie-Data.csv"
#讀取檔案
df = pd.read_csv(path)
2.1 問題一:我們想知道這些電影資料中評分的平均分,導演的人數等資訊,我們應該怎麼獲取?
- 得出評分的平均分
使用mean函式
df["Rating"].mean()
- 得出導演人數資訊
求出唯一值,然後進行形狀獲取
## 導演的人數
# df["Director"].unique().shape[0]
np.unique(df["Director"]).shape[0]
644
2.2 問題二:對於這一組電影資料,如果我們想Rating,Runtime (Minutes)的分佈情況,應該如何呈現資料?
- 直接呈現,以直方圖的形式
選擇分數列資料,進行plot
df["Rating"].plot(kind='hist',figsize=(20,8))
- Rating進行分佈展示
進行繪製直方圖
plt.figure(figsize=(20,8),dpi=80)
plt.hist(df["Rating"].values,bins=20)
plt.show()
修改刻度的間隔
# 求出最大最小值
max_ = df["Rating"].max()
min_ = df["Rating"].min()
# 生成刻度列表
t1 = np.linspace(min_,max_,num=21)
# [ 1.9 2.255 2.61 2.965 3.32 3.675 4.03 4.385 4.74 5.095 5.45 5.805 6.16 6.515 6.87 7.225 7.58 7.935 8.29 8.645 9. ]
# 修改刻度
plt.xticks(t1)
# 新增網格
plt.grid()
- Runtime (Minutes)進行分佈展示
進行繪製直方圖
plt.figure(figsize=(20,8),dpi=80)
plt.hist(df["Runtime (Minutes)"].values,bins=20)
plt.show()
修改間隔
# 求出最大最小值
max_ = df["Runtime (Minutes)"].max()
min_ = df["Runtime (Minutes)"].min()
# # 生成刻度列表
t1 = np.linspace(min_,max_,num=21)
# 修改刻度
plt.xticks(np.linspace(min_,max_,num=21))
# 新增網格
plt.grid()
2.3 問題三:對於這一組電影資料,如果我們希望統計電影分類(genre)的情況,應該如何處理資料?
- 思路分析
- 思路
- 1、建立一個全為0的dataframe,列索引置為電影的分類,temp_df
- 2、遍歷每一部電影,temp_df中把分類出現的列的值置為1
- 3、求和
- 思路
- 1、建立一個全為0的dataframe,列索引置為電影的分類,temp_df
# 進行字串分割
temp_list = [i.split(",") for i in df["Genre"]]
# 獲取電影的分類
genre_list = np.unique([i for j in temp_list for i in j])
# 增加新的列
temp_df = pd.DataFrame(np.zeros([df.shape[0],genre_list.shape[0]]),columns=genre_list)
- 2、遍歷每一部電影,temp_df中把分類出現的列的值置為1
for i in range(1000):
#temp_list[i] ['Action','Adventure','Animation']
temp_df.ix[i,temp_list[i]]=1
print(temp_df.sum().sort_values())
- 3、求和,繪圖
temp_df.sum().sort_values(ascending=False).plot(kind="bar",figsize=(20,8),fontsize=20,colormap="cool")
Musical 5.0
Western 7.0
War 13.0
Music 16.0
Sport 18.0
History 29.0
Animation 49.0
Family 51.0
Biography 81.0
Fantasy 101.0
Mystery 106.0
Horror 119.0
Sci-Fi 120.0
Romance 141.0
Crime 150.0
Thriller 195.0
Adventure 259.0
Comedy 279.0
Action 303.0
Drama 513.0
dtype: float64
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