数据科学方法与实践 ――基于 Python 技术实现

目 录
第 1 章 数据科学概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1
1．1 什么是数据科学？ ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1
1．2 大数据技术??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6
1．3 数据未来??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．20
第 2 章 Python 基础????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．23
2．1 编程环境与规范????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．23
2．2 数据类型、数据载体及运算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．25
2．3 序列结构??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．30
2．4 程序流程控制??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．38
2．5 函数??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．40
2．6 字符串????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．45
2．7 文件操作??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．50
2．8 面向对象程序设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．51
第 3 章 科学计算―― Numpy????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．57
3．1 计算基础??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．58
3．1．1 什么是科学计算？ ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．58
3．1．2 Numpy 基础????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．62
3．2 数组的创建与访问??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．65
3．2．1 创建数组 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．66
3．2．2 数组的访问 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．72
3．3 数组的基本操作????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．74
3．4 数组的基本运算????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．85
3．5 矩阵基础及运算????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????112
3．6 Numpy 的简单应用????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????127
第 4 章 数据处理和分析―― Pandas ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????135
4．1 数据结构??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????136
4．1．1 常用数据结构 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????136
4．1．2 数据类型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????137
4．1．3 数据类型的简单使用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????138
4．1．4 系列的基本使用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????140．VI??
4．1．5 数据帧的基本使用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????145
4．2 数据加载与文件格式????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154
4．2．1 Pandas 的 I/O 功能????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????155
4．2．2 数据读写与文件格式 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????158
4．3 数据清洗与预处理??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????184
4．3．1 检测与处理缺失值 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????185
4．3．2 检测和处理重复值 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????192
4．3．3 检测和处理异常值 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????197
4．3．4 数据转换 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????201
4．3．5 数据匹配 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????213
4．3．6 数据标准化 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????218
4．4 数据处理与分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????221
4．4．1 层次化索引 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????222
4．4．2 数据连接与合并 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????234
4．4．3 数据聚合与分组运算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????245
4．5 时间序列分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????261
4．5．1 时间序列基础 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????261
4．5．2 时间戳（ Timestamp） ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265
4．5．3 时区（ Timezone） ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????274
4．5．4 时期（ Period） ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????277
4．5．5 时间差（ Timedelta） ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????283
4．5．6 时间序列重构 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????285
4．6 Pandas 高级应用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????302
4．6．1 分类数据 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????302
4．6．2 链式编程技术 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????310
第 5 章 数据可视化―― Matplotlib??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????315
5．1 绘图基础??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????315
5．2 二维图形可视化????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????328
5．3 三维图形可视化????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????354
5．4 使用动画??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????365
5．4．1 使用 Animation 模块创建动画 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????365
5．4．2 使用 OpenGL 创建动画 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????373
5．5 复杂网络结构可视化????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????379
5．5．1 网络可视化基础 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????380
5．5．2 网络图的生成 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????385
5．5．3 网络图的绘制 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????387