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榮耀標識如何七周成為數據分析師21：Python分析之numpy和pandas入門
本文是《如何七周成為數據分析師》的第二十一篇教程，如果想要了解寫作初衷，可以先行閱讀七周指南。溫馨提示：如果您已經熟悉Python，大可不必再看這篇文章，或只挑選部分。
今天開始進入Python數據分析工具的教程。
數據分析絕對繞不過的三個包是numpy、scipy和pandas。numpy是Python的數值計算擴展，專門用來處理矩陣，它的運算效率比列表更高效。scipy是基于numpy的科學計算包，包括統計、線性代數等工具。pandas是基于numpy的數據分析工具，能更方便的操作大型數據集。后續的章節主要圍繞pandas講解。
numpy和pandas
numpy的數據結構是n維的數組對象，叫做ndarray。Python的list雖然也能表示，但是不高效，隨著列表數據的增加，效率會降低。
我們首先載入numpy包，因為它是第三方工具，所以每次使用前必須在代碼中載入。as是命名為別名，方便調用，np是numpy約定俗成的簡寫。
創建數組使用numpy中的array函數，新手要記住加np。我們將系統自帶的列表list轉換成了numpy中的數組。
嵌套列表會被轉換為一個多維數組，它也可以被稱為矩陣。
array數組需要注意的是，它內部的元素必須為相同類型，比如數值或者字符串?？梢杂胐type查詢其類型，不用加括號。
numpy的數據類型比較豐富，包括int8，int16，int32等，不過這塊更接近計算機底層，數據分析用不太到。當我們想轉換數據格式時，可以用astype函數。
數組的計算非常方便，不要大量的循環即可批量運算。
數組索引和列表相同，通過方括號和數字即可選擇，也可直接賦值。
可以通過遞歸對多維數組進行篩選，如果省略了后面的索引，則返回次一級的維度，這一點和list一樣。
numpy除了上述的基礎操作之外，還有reshape、T轉置、ufunc、sort等函數，功能強大，大家可以自行查閱文檔學習，這里我不再花費時間講解。對于數據分析師，pandas是一個更常用的包，在抽象概念上它更接近我們熟悉的excel和sql，也是最主要的分析工具。
pandas有兩個主要的數據結構，Series和DataFrame，記住大小寫區分，后續使用中不多提醒。Series類似于一維數組，和numpy的array接近，由一組數據和數據標簽組成。數據標簽有索引的作用。
加載pandas包，通過Series函數生成一個對象。我們很明顯地看到，在jupyter上它的樣式不同于array，它是豎著的。右邊是我們輸入的一組數據，左邊是數據的索引，即標簽。數據標簽是pandas區分于numpy的重要特征。
索引不一定是從0開始的數字，它可以被定義。
索引的概念有點像SQL的主鍵，不過它的功能更強大，分析師能夠很輕松的通過索引選取一個數據或者一組數據。
index函數可以顯示Series的索引。Series和array一樣，通過方括號選取數據，當要選取多個數據時，應該用列表表示多個索引，所以第三個案例嵌套了兩層方括號。
如果數據是一個字典，也能直接通過這個字典創建Series。
此時，字典的key就是Series的索引。
Series有自動對齊索引的功能，當自定義的索引qinqin和字典隊員不上時，會自動選擇NaN，即結果為空，表示缺失。缺失值的處理會在后續講解。
DataFrame
Series是一維的數據結構，DataFrame是一個表格型的數據結構，它含有不同的列，每列都是不同的數據類型。我們可以把DataFrame看作Series組成的字典，它既有行索引也有列索引。想象得更明白一點，它類似一張excel表格或者SQL，只是功能更強大。
構建DataFrame的方法有很多，最常用的是傳入一個字典。
DataFrame會自動補充索引，并且將字典的key作為列標簽，即column。在這里，dict的key順序是DataFame的順序，不再是無序的。
DataFrame中可以通過info函數直接查看數據類型和統計。
DataFrame的數據類型變更和numpy一樣，用astype就行，記住要賦值。df.age = df.age.astype，圖上只是舉例，沒有真的更改數據類型。
DataFrame的索引方式和Series一直，它選取的是列。
返回的是一組Series，索引和原DataFrame一致。除了方括號選取，DataFrame還有更簡單的選取方法。
行也可以通過通過位置獲取，用索引字段ix的方式。
第二個方法不需要調用ix，直接以切片的形式獲取行，切片的用啊和數組一樣。記住，切片無法用單獨的數字選取，只能用冒號切選范圍。
列可以通過賦值的方式修改和添加，當列的名稱是全新，則會在DataFrame的最右邊自動加上新的一列。
列表和數組都可以賦值到列，長度必須匹配，列表是按照順序，數組的話，可以按index參數設置的索引對應，若為空，則填上缺失值。
DataFrame的index不可更改，這是為了數據的安全性，但我們能通過index函數獲取詳情。
DataFrame在數據選取上面非常強大。
它支持常用的邏輯判斷，例子中，后兩種數據選取是通過布爾數組過濾出我們想要的結果。
df.sex == ‘男’返回了一個布爾數組(記住，是兩個等號，一個等號是賦值），然后通過布爾數組找出df中符合條件為true的結果。
現在我們希望找出年齡在20以下，且性別為男的人。
這里用到布爾類型數據的計算公式，true and true 為true，false and true 為false。pandas中的邏輯符號，并且是&，或者是|。接下來過濾出性別為女，或者年齡為18的人。
當邏輯條件復雜時，這種寫法并不優雅，比如性別為男，且年齡在18歲，以及性別為女，且年齡在18歲以上的兩類人群，這種過濾條件就比較復雜了。pandas中可以用query函數以類SQL語言執行查詢。
query中可以直接使用列名，它的功能遠不至于此，大家有興趣可以深入學習。
DataFrame可以直接在列上進行運算，當DataFrame和DataFrame之間運算時，按索引進行加減乘除。
如果直接用加法，若列名匹配不上，會產生NaN 的缺失值，我們可以在后續后續fillna函數填充。另外一種方法是add函數，它可以直接通過參數選擇填充值。減乘除對應sub、mul、div。
DataFrame還有兩個常用函數，又特別容易搞混的是，iloc和loc。
它們都是通過索引選取行，iloc是通過所在行的數字為索引，loc是所在行的標簽為索引，簡單講，iloc是第幾行，loc是標簽。當索引沒有標簽時，loc和iloc等價。兩者支持冒號的范圍選擇。
上文提到的過的ix，則是兩者的混合，即可以行號，也可以行索引。
當行和列需要同時選擇的時候，用逗號分割，逗號前是想要選擇的行，逗號后是想要選擇的列。
完整形式是ix[ 行1:行2, ?列1:列2 ]，iloc和loc也支持行列同時選擇，方法一樣。新人接觸這幾塊比較容易混淆。后續聯系即可掌握。
大家如果想加深掌握這塊，除了敲一遍代碼，可以閱讀「利用Python進行數據分析」，很經典的入門書（部分內容有點老）。也可以多拿工作中的報表做練習。
到這里，numpy和pandas的基礎就講解的差不多了，更深入的應用，還是用實戰解決吧！下一章，將會用大家已經很熟悉的練習數據，以實際操作的方式完成一次數據分析。
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#專欄作家#
秦路，微信公眾號ID：tracykanc，人人都是產品經理專欄作家。
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