3 个用于数据科学的顶级 Python 库

英文:Dr. Michael J. Garbade,翻译:Linux中国/Lv Feng

linux.cn/article-10080-1.html

Python 的许多特性,比如开发效率、代码可读性、速度等使之成为了数据科学爱好者的首选编程语言。对于想要升级应用程序功能的数据科学家和机器学习专家来说,Python 通常是最好的选择(比如,Andrey Bulezyuk 使用 Python 语言创造了一个优秀的机器学习应用程序)。

由于 Python 的广泛使用,因此它拥有大量的库,使得数据科学家能够很容易地完成复杂的任务,而且不会遇到许多编码困难。下面列出 3 个用于数据科学的顶级 Python 库。如果你想在数据科学这一领域开始你的职业生涯,就去了解一下它们吧。

NumPy

NumPy(数值 Python 的简称)是其中一个顶级数据科学库,它拥有许多有用的资源,从而帮助数据科学家把 Python 变成一个强大的科学分析和建模工具。NumPy 是在 BSD 许可证的许可下开源的,它是在科学计算中执行任务的基础 Python 库。SciPy 是一个更大的基于 Python 生态系统的开源工具,而 NumPy 是 SciPy 非常重要的一部分。

NumPy 为 Python 提供了大量数据结构,从而能够轻松地执行多维数组和矩阵运算。除了用于求解线性代数方程和其它数学计算之外,NumPy 还可以用做不同类型通用数据的多维容器。

此外,NumPy 还可以和其他编程语言无缝集成,比如 C/C++ 和 Fortran。NumPy 的多功能性使得它可以简单而快速地与大量数据库和工具结合。比如,让我们来看一下如何使用 NumPy(缩写成 np)来实现两个矩阵的乘法运算。

我们首先导入 NumPy 库(在这些例子中,我将使用 Jupyter notebook):

import numpy as np

接下来,使用 eye() 函数来生成指定维数的单位矩阵:

matrix_one=np.eye(3)

matrix_one

输出如下:

让我们生成另一个 3×3 矩阵。

我们使用 arange([starting number], [stopping number]) 函数来排列数字。注意,函数中的第一个参数是需要列出的初始数字,而后一个数字不包含在生成的结果中。

另外,使用 reshape() 函数把原始生成的矩阵的维度改成我们需要的维度。为了使两个矩阵“可乘”,它们需要有相同的维度。

matrix_two=np.arange(1,10).reshape(3,3)

matrix_two

输出如下:

接下来,使用 dot() 函数将两个矩阵相乘。

matrix_multiply=np.dot(matrix_one,matrix_two)

matrix_multiply

相乘后的输出如下:

太好了!

我们成功使用 NumPy 完成了两个矩阵的相乘,而不是使用普通冗长vanilla的 Python 代码。

下面是这个例子的完整代码:

import numpyasnp

#生成一个 3x3 单位矩阵

matrix_one=np.eye(3)

matrix_one

#生成另一个 3x3 矩阵以用来做乘法运算

matrix_two=np.arange(1,10).reshape(3,3)

matrix_two

#将两个矩阵相乘

matrix_multiply=np.dot(matrix_one,matrix_two)

matrix_multiply

Pandas

Pandas是另一个可以提高你的 Python 数据科学技能的优秀库。就和 NumPy 一样,它属于 SciPy 开源软件家族,可以在 BSD 自由许可证许可下使用。

Pandas 提供了多能而强大的工具,用于管理数据结构和执行大量数据分析。该库能够很好的处理不完整、非结构化和无序的真实世界数据,并且提供了用于整形、聚合、分析和可视化数据集的工具

Pandas 中有三种类型的数据结构:

Series:一维、相同数据类型的数组

DataFrame:二维异型矩阵

Panel:三维大小可变数组

例如,我们来看一下如何使用 Panda 库(缩写成 pd)来执行一些描述性统计计算。

首先导入该库:

import pandas as pd

然后,创建一个序列series字典:

接下来,再创建一个数据框DataFrame:

df = pd.DataFrame(d)

输出是一个非常规整的表:

下面是这个例子的完整代码:

Matplotlib

Matplotlib 也是 Scipy 核心包的一部分,并且在 BSD 许可证下可用。它是一个非常流行的科学库,用于实现简单而强大的可视化。你可以使用这个 Python 数据科学框架来生成曲线图、柱状图、直方图以及各种不同形状的图表,并且不用担心需要写很多行的代码。例如,我们来看一下如何使用 Matplotlib 库来生成一个简单的柱状图。

首先导入该库:

from matplotlib import pyplot as plt

然后生成 x 轴和 y 轴的数值:

x=[2,4,6,8,10]

y=[10,11,6,7,4]

接下来,调用函数来绘制柱状图:

plt.bar(x,y)

最后,显示图表:

plt.show()

柱状图如下:

下面是这个例子的完整代码:

#导入 Matplotlib 库

from matplotlib import pyplotasplt

#和 import matplotlib.pyplot as plt 一样

#生成 x 轴的数值

x=[2,4,6,8,10]

#生成 y 轴的数值

y=[10,11,6,7,4]

#调用函数来绘制柱状图

plt.bar(x,y)

#显示图表

plt.show()

总结

Python 编程语言非常擅长数据处理和准备,但是在科学数据分析和建模方面就没有那么优秀了。幸好有这些用于数据科学的顶级 Python 框架填补了这一空缺,从而你能够进行复杂的数学计算以及创建复杂模型,进而让数据变得更有意义。

你还知道其它的 Python 数据挖掘库吗?你的使用经验是什么样的?请在下面的评论中和我们分享。

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