《Python机器学习手册——从数据预处理到深度学习》
这本书类似于工具书或者字典，对于python具体代码的调用和使用场景写的很清楚，感觉虽然是工具书，但是对照着做一遍应该可以对机器学习中python常用的这些库有更深入的理解，在应用中也能更为熟练。
以下是根据书上的代码进行实操，注释基本写明了每句代码的作用(写在本句代码之前)和print的输出结果（写在print之后）。不一定严格按照书上内容进行，根据代码运行时具体情况稍作顺序调整，也加入了一些自己的理解。
如果复制到自己的环境下跑一遍输出，相信理解会更深刻更清楚。
博客中每个代码块代表一次完整的运行结果，可以直接以此为单位复制并运行。
03-数据整理
本节主要是pandas库在数据处理时的基本应用。
在加载数据之后，要对数据进行处理，pandas库提供的dataframe数据帧格式，可以很方便地进行数据整理的操作。
包括：
- 数据帧浏览与筛选
数据帧修改与计算
数据帧分组
数据帧遍历与函数
连接多个数据帧
03-1 数据帧浏览与筛选
import pandas as pd
# 创建数据帧
dataframe = pd.DataFrame() # 表
dataframe['Name'] = ['A', 'B'] # 类似字典，表头作为键值
dataframe['Age'] = [38, 25]
dataframe['Driver'] = [True, False]
print(dataframe)
# Name Age Driver
# 0 A 38 True
# 1 B 25 False
# 在底部添加新的数据行
new_person = pd.Series(['C', 40, True], index = ['Name', 'Age', 'Driver'])
dataframe = dataframe.append(new_person, ignore_index = True)
print(dataframe)
# Name Age Driver
# 0 A 38 True
# 1 B 25 False
# 2 C 40 True
# 查看前两行数据
print(dataframe.head(2))
# Name Age Driver
# 0 A 38 True
# 1 B 25 False
# 查看维数
print(dataframe.shape)
# (3, 3)
# 查看描述性统计量(数值型数据)
print(dataframe.describe())
# Age
# count 3.000000
# mean 34.333333
# std 8.144528
# min 25.000000
# 25% 31.500000
# 50% 38.000000
# 75% 39.000000
# max 40.000000
# 选择第一行
print(dataframe.iloc[0])
# Name A
# Age 38
# Driver True
# Name: 0, dtype: object
# 选择某几行（类似数组的切片，按照行号index查找）
print(dataframe.iloc[1:3])
# Name Age Driver
# 1 B 25 False
# 2 C 40 True
# 根据条件语句筛选行
print(dataframe[dataframe['Driver'] == True])
# Name Age Driver
# 0 A 38 True
# 2 C 40 True
# 多个条件语句筛选
print(dataframe[(dataframe['Driver'] == True) & (dataframe['Age'] < 40)])
# Name Age Driver
# 0 A 38 True
# 设置数据帧的索引（与index区别：将只有唯一值的列作为索引）
print(dataframe) # 注意观察设置索引前后数据帧的变化
# Name Age Driver
# 0 A 38 True
# 1 B 25 False
# 2 C 40 True
dataframe = dataframe.set_index(dataframe['Name'])
print(dataframe) # 注意观察设置索引前后数据帧的变化
# Name Age Driver
# Name
# A A 38 True
# B B 25 False
# C C 40 True
# 根据索引查看行
print(dataframe.loc['A'])
# Name A
# Age 38
# Driver True
# Name: A, dtype: object
03-2 数据帧修改与计算
包括替换、重命名、计算描述性统计量、查找唯一值、查找缺失值、删除等操作。
import pandas as pd
# ---创建数据帧
dataframe = pd.DataFrame() # 表
dataframe['Name'] = ['A', 'B'] # 类似字典，表头作为键值
dataframe['Age'] = [38, 25]
dataframe['Sex'] = ['Woman', 'Man']
dataframe['Code'] = ['one', 0]
print(dataframe)
# Name Age Sex Code
# 0 A 38 Woman one
# 1 B 25 Man 0
# ---替换
# 替换某列的某个值
dataframe['Sex'] = dataframe['Sex'].replace('Woman', 'female')
print(dataframe['Sex'])
# 0 female
# 1 Man
# Name: Sex, dtype: object
# 替换某列的多个值
dataframe['Sex'] = dataframe['Sex'].replace(['Woman', 'Man'], ['female', 'male'])
print(dataframe['Sex'])
# 0 female
# 1 male
# Name: Sex, dtype: object
# 在整个数据帧中进行替换
dataframe = dataframe.replace('one', 1)
print(dataframe)
# Name Age Sex Code
# 0 A 38 Woman 1
# 1 B 25 Man 0
# ---重命名
# 重命名列，参数是字典，可以同时重命名多个列
dataframe = dataframe.rename(columns = {'Code': 'Num'})
print(dataframe)
# Name Age Sex Num
# 0 A 38 female 1
# 1 B 25 male 0
# 同时为所有的列重命名，创建一个列名的字典
import collections
column_names = collections.defaultdict(str)
for name in dataframe.columns:
column_names[name]
print(column_names)
# defaultdict(<class 'str'>, {'Name': '', 'Age': '', 'Sex': '', 'Num': ''})
column_names['Name'] = '姓名'
column_names['Age'] = '年龄'
column_names['Sex'] = '性别'
column_names['Num'] = '代码'
dataframe = dataframe.rename(columns = column_names)
print(dataframe)
# 姓名 年龄 性别 代码
# 0 A 38 female 1
# 1 B 25 male 0
# ---描述性统计量
# 计算常见的描述性统计量
print(dataframe.describe())
# 年龄 代码
# count 2.000000 2.000000
# mean 31.500000 0.500000
# std 9.192388 0.707107
# min 25.000000 0.000000
# 25% 28.250000 0.250000
# 50% 31.500000 0.500000
# 75% 34.750000 0.750000
# max 38.000000 1.000000
# 分别计算最大值、最小值、总和、平均值、计数值
print('MaxNum: ', dataframe['年龄'].max())
print('MinNum: ', dataframe['年龄'].min())
print('Mean: ', dataframe['年龄'].mean())
print('Sum: ', dataframe['年龄'].sum())
print('Count: ', dataframe['年龄'].count())
# MaxNum: 38
# MinNum: 25
# Mean: 31.5
# Sum: 63
# Count: 2
# 也可以对整个数据帧应用这些方法
print(dataframe.count())
# 姓名 2
# 年龄 2
# 性别 2
# 代码 2
# dtype: int64
# 还有其他的一些描述性统计量计算函数
print(dataframe.var()) # 方差
# 年龄 84.5
# 代码 0.5
# dtype: float64
print(dataframe.std()) # 标准差
# 年龄 9.192388
# 代码 0.707107
# dtype: float64
print(dataframe.sem()) # 平均值标准误差
# 年龄 6.5
# 代码 0.5
# dtype: float64
print(dataframe.median()) # 中位数
# 年龄 31.5
# 代码 0.5
# dtype: float64
print(dataframe.mode()) # 众数
# print(dataframe.kurt()) # 峰态
# print(dataframe.skew()) # 偏态
# ---唯一值
# 使用unique来查看由某一列中全部的唯一值组成的数组
# 添加一行
new_person = pd.Series(['C', 40, 'male', 1], index = ['姓名', '年龄', '性别', '代码'])
dataframe = dataframe.append(new_person, ignore_index = True)
print(dataframe)
# 姓名 年龄 性别 代码
# 0 A 38 female 1
# 1 B 25 male 0
# 2 C 40 male 1
# 筛选出唯一值
print(dataframe['性别'].unique())
# ['female' 'male']
# 显示唯一值并计数
print(dataframe['性别'].value_counts())
# male 2
# female 1
# Name: 性别, dtype: int64
# 查看唯一值的个数
print(dataframe['性别'].nunique())
# 2
# ---缺失值
# 查找缺失值
# 添加一行
new_person = pd.Series(['D', 20, 'female'], index = ['姓名', '年龄', '性别'])
dataframe = dataframe.append(new_person, ignore_index = True)
print(dataframe)
# 姓名 年龄 性别 代码
# 0 A 38 female 1.0
# 1 B 25 male 0.0
# 2 C 40 male 1.0
# 3 D 20 female NaN
# 检查出缺失值
print(dataframe.isnull())
# 姓名 年龄 性别 代码
# 0 False False False False
# 1 False False False False
# 2 False False False False
# 3 False False False True
# 替换缺失值NaN
import numpy as np
dataframe = dataframe.replace(np.nan, 0)
print(dataframe)
# 姓名 年龄 性别 代码
# 0 A 38 female 1.0
# 1 B 25 male 0.0
# 2 C 40 male 1.0
# 3 D 20 female 0.0
# ---删除
# 为了方便多次测试，并没有传回删除后的结果。 传回：dataframe = dataframe.drop()
# 删除一列
print(dataframe.drop('代码', axis = 1)) # axis表示维度，axis = 1 指列，axis = 0 指行
# 姓名 年龄 性别
# 0 A 38 female
# 1 B 25 male
# 2 C 40 male
# 3 D 20 female
# 删除多列
print(dataframe.drop(['年龄', '性别'], axis = 1))
# 姓名 代码
# 0 A 1.0
# 1 B 0.0
# 2 C 1.0
# 3 D 0.0
# 按列下标删除某列（某列可能没有名字）
print(dataframe.drop(dataframe.columns[1], axis = 1))
# 姓名 性别 代码
# 0 A female 1.0
# 1 B male 0.0
# 2 C male 1.0
# 3 D female 0.0
# 按条件删除某行，类似根据条件语句筛选行
print(dataframe[dataframe['性别'] != 'male'])
# 姓名 年龄 性别 代码
# 0 A 38 female 1.0
# 3 D 20 female 0.0
# 按条件删除某行，查找下标，删除第一行
print(dataframe[dataframe.index != 0])
# 姓名 年龄 性别 代码
# 1 B 25 male 0.0
# 2 C 40 male 1.0
# 3 D 20 female 0.0
# 删除重复的行
print(dataframe.drop_duplicates()) # 只会删除一模一样的两行
# 姓名 年龄 性别 代码
# 0 A 38 female 1.0
# 1 B 25 male 0.0
# 2 C 40 male 1.0
# 3 D 20 female 0.0
print(dataframe.drop_duplicates(subset = ['代码'])) # 默认按照行序，删除'代码'这列重复的行，多个行时加入行名到参数列表即可
# 姓名 年龄 性别 代码
# 0 A 38 female 1.0
# 1 B 25 male 0.0
print(dataframe.drop_duplicates(subset = ['代码'], keep = 'last')) # 保留最末的行,删除'代码'这列重复的行
# 姓名 年龄 性别 代码
# 2 C 40 male 1.0
# 3 D 20 female 0.0
print(dataframe.duplicated(subset = ['代码'])) # 查看重复情况，类似isnull()
# 0 False
# 1 False
# 2 True
# 3 True
# dtype: bool
03-3 数据帧分组
import pandas as pd
# ---创建数据帧
dataframe = pd.DataFrame() # 表
dataframe['Name'] = ['A', 'B', 'C', 'D'] # 类似字典，表头作为键值
dataframe['Age'] = [38, 25, 40, 20]
dataframe['Sex'] = ['Woman', 'Man', 'Woman', 'Man']
dataframe['Code'] = [1, 0, 1, 1]
print(dataframe)
# Name Age Sex Code
# 0 A 38 Woman 1
# 1 B 25 Man 0
# 2 C 40 Woman 1
# 3 D 20 Man 1
# 对行进行分组,然后对每组应用一个函数
print(dataframe.groupby('Sex').mean())
# Age Code
# Sex
# Man 22.5 0.5
# Woman 39.0 1.0
print(dataframe.groupby('Sex')['Code'].sum()) # 先按sex分组，然后对每组的code算总和
# Sex
# Man 1
# Woman 2
# Name: Code, dtype: int64
print(dataframe.groupby(['Sex', 'Code'])['Age'].sum()) # 先按sex分组，再按code分组，然后对每组的age算总和
# Sex Code
# Man 0 25
# 1 20
# Woman 1 78
# Name: Age, dtype: int64
使用resample按照时间段进行分组
import pandas as pd
import numpy as np
# 创建日期范围
time_index = pd.date_range('09/15/2022', periods = 100000, freq = '30s') # 参数分别为：起始时间、总数、间隔时间
print(time_index, len(time_index))
# DatetimeIndex(['2022-09-15 00:00:00', '2022-09-15 00:00:30',
# '2022-09-15 00:01:00', '2022-09-15 00:01:30',
# '2022-09-15 00:02:00', '2022-09-15 00:02:30',
# '2022-09-15 00:03:00', '2022-09-15 00:03:30',
# '2022-09-15 00:04:00', '2022-09-15 00:04:30',
# ...
# '2022-10-19 17:15:00', '2022-10-19 17:15:30',
# '2022-10-19 17:16:00', '2022-10-19 17:16:30',
# '2022-10-19 17:17:00', '2022-10-19 17:17:30',
# '2022-10-19 17:18:00', '2022-10-19 17:18:30',
# '2022-10-19 17:19:00', '2022-10-19 17:19:30'],
# dtype='datetime64[ns]', length=100000, freq='30S') 100000
# 创建数据帧
dataframe = pd.DataFrame(index = time_index) # 默认行号0-n变为时间time_index中的内容
dataframe['Sale_Amount'] = np.random.randint(1, 10, 100000) # 随机生成1-10中的整数
print(dataframe.head(5))
# Sale_Amount
# 2022-09-15 00:00:00 2
# 2022-09-15 00:00:30 8
# 2022-09-15 00:01:00 7
# 2022-09-15 00:01:30 4
# 2022-09-15 00:02:00 8
# 按周对行分组，计算每一周的总和
print(dataframe.resample('W').sum())
# Sale_Amount
# 2022-09-18 57265
# 2022-09-25 101364
# 2022-10-02 100891
# 2022-10-09 100686
# 2022-10-16 101337
# 2022-10-23 39322
print(dataframe.resample('2W').sum())
# Sale_Amount
# 2022-09-18 57562
# 2022-10-02 201239
# 2022-10-16 201288
# 2022-10-30 38938
print(dataframe.resample('M').sum())
# Sale_Amount
# 2022-09-30 230240
# 2022-10-31 268787
# 默认情况resample返回的日期索引是时间组右边界的值，加入label参数，改成返回左边界
print(dataframe.resample('M', label = 'left').sum())
# Sale_Amount
# 2022-08-31 229518
# 2022-09-30 269099
03-4 数据帧遍历与函数
import pandas as pd
# ---创建数据帧
dataframe = pd.DataFrame() # 表
dataframe['Name'] = ['a', 'b', 'c', 'd'] # 类似字典，表头作为键值
dataframe['Age'] = [38, 25, 40, 20]
dataframe['Sex'] = ['Woman', 'Man', 'Woman', 'Man']
dataframe['Code'] = [1, 0, 1, 1]
print(dataframe)
# Name Age Sex Code
# 0 a 38 Woman 1
# 1 b 25 Man 0
# 2 c 40 Woman 1
# 3 d 20 Man 1
# 遍历某列
for name in dataframe['Name']:
print(name.upper())
# A
# B
# C
# D
# 对某列的所有元素应用某个函数
def uppercase(X):
return X.upper()
print(dataframe['Name'].apply(uppercase))
# 0 A
# 1 B
# 2 C
# 3 D
# Name: Name, dtype: object
# 对所有分组应用一个函数
print(dataframe.groupby('Sex').apply(lambda x: x.count()))
# Name Age Sex Code
# Sex
# Man 2 2 2 2
# Woman 2 2 2 2
03-5 连接多个数据帧
import pandas as pd
# ---创建数据帧
data_a = {'id': ['1', '2', '3'],
'first': ['Alex', 'Amy', 'Allen'],
'last': ['Anderson', 'Axkerman', 'Ali']}
dataframe_a = pd.DataFrame(data_a, columns = ['id', 'first', 'last'])
print(dataframe_a)
# id first last
# 0 1 Alex Anderson
# 1 2 Amy Axkerman
# 2 3 Allen Ali
data_b = {'id': ['4', '5', '6'],
'first': ['Billy', 'Brian', 'Bran'],
'last': ['Bonder', 'Black', 'Balwner']}
dataframe_b = pd.DataFrame(data_b, columns = ['id', 'first', 'last'])
print(dataframe_b)
# id first last
# 0 4 Billy Bonder
# 1 5 Brian Black
# 2 6 Bran Balwner
# 沿着行的方向连接两个数据帧
print(pd.concat([dataframe_a, dataframe_b], axis = 0))
# id first last
# 0 1 Alex Anderson
# 1 2 Amy Axkerman
# 2 3 Allen Ali
# 0 4 Billy Bonder
# 1 5 Brian Black
# 2 6 Bran Balwner
# 沿着列的方向连接两个数据帧
print(pd.concat([dataframe_a, dataframe_b], axis = 1))
# id first last id first last
# 0 1 Alex Anderson 4 Billy Bonder
# 1 2 Amy Axkerman 5 Brian Black
# 2 3 Allen Ali 6 Bran Balwner
