利用Python进行数据分析之超市零售分析

Author	Bryce230
e-mail	[email protected]
Software	win10，Pycharm2019.3.3，Python3.7.7，jupyter notebook

1 背景与需求

本文主要对一家全球超市四年（2011-2014）的销售数据进行销售情况分析、商品情况分析和用户情况分析，并给出提升销量的建议。（本文基于参考资料[2]，在其基础上做了进一步的分析，并得出详细的结论）

销售情况分析：销售额、销量、利润、客单价和市场布局等情况分析；
商品情况分析：商品结构、优势商品、劣势/待优化商品等情况分析；
用户情况分析：客户数量、新老客户、RFM模型、复购率和回购率等情况分析。

2 数据收集与整合

数据来源于kaggle平台，是一份全球大型超市四年的零售数据集，共有51290条数据，共24个特征。想获取原始数据集，见参考资料。
整合数据：

# 加载数据分析需要使用的库
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
import warnings

plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
warnings.filterwarnings('ignore')

#数据加载和整合
# 加载零售数据集，使用'ISO-8859-1'编码方式
df = pd.read_csv('superstore_dataset2011-2015.csv',encoding='ISO-8859-1')
df.head()
#数据大小
df.shape
#数据分布情况
df.describe()

3 数据清洗

1）改写不符合规则的列名，统一采用下划线格式

#重命名列名
df.rename(columns = lambda x: x.replace(' ', '_').replace('-', '_'), inplace=True)

2）将下单日期改为datetime类型

df["Order_Date"] = pd.to_datetime(df["Order_Date"])

3）方便后续的分析，新增加年份列和月份列

df['year'] = df["Order_Date"].dt.year
df['month'] = df['Order_Date'].values.astype('datetime64[M]')

4）邮编信息一列缺失太多，且对后续分析无影响，直接删除

#查看缺失值
df.isnull().sum(axis=0)
#删除邮编信息列
df.drop(["Postal_Code"],axis=1, inplace=True)

5）查看有无异常值

#异常值处理
df.describe()    #无异常，不需要处理
#重复值处理
df.duplicated().sum()   #无重复值，不需要处理

4 数据分析及可视化

4.1 销售情况分析

构建销售情况子数据集，并按照年份、月份对销售子数据集进行分组求和。

# 整体销售情况子数据集，包含下单日期、销售额、销量、利润、年份、月份信息
sales_data = df[['Order_Date','Sales','Quantity','Profit','year','month']]

#按照年份、月份对销售子数据集进行分组求和
sales_year = sales_data.groupby(['year','month']).sum()

部分结果如下：

                        Sales  Quantity       Profit
year month                                          
2011 2011-01-01  138241.30042      2178  13457.23302
     2011-02-01  134969.94086      1794  17588.83726
     2011-03-01  171455.59372      2183  16169.36062
     2011-04-01  128833.47034      2181  13405.46924
     2011-05-01  148146.72092      2057  14777.45792
     2011-06-01  189338.43966      2715  25932.87796
     2011-07-01  162034.69756      2266  10631.84406
     2011-08-01  219223.49524      2909  19650.67124
     2011-09-01  255237.89698      3357  32313.25458
     2011-10-01  204675.07846      2615  30745.54166
     2011-11-01  214934.29386      3165  21261.40536
     2011-12-01  292359.96752      4023  33006.85862

对以上数据进行拆分，每年为一个表

year_2011 = sales_year.loc[(2011,slice(None)),:].reset_index()
year_2012 = sales_year.loc[(2012,slice(None)),:].reset_index()
year_2013 = sales_year.loc[(2013,slice(None)),:].reset_index()
year_2014 = sales_year.loc[(2014,slice(None)),:].reset_index()

4.1.1 销售额分析

#销售额分析
sales=pd.concat([year_2011['Sales'],year_2012['Sales'],
                 year_2013['Sales'],year_2014['Sales']],axis=1)

# 对行名和列名进行重命名
sales.columns=['Sales-2011','Sales-2012','Sales-2013','Sales-2014']
sales.index=['Jau','Feb','Mar','Apr','May','Jun','Jul','Aug','Sep','Oct','Nov','Dec']

# 颜色越深，销售额越高
sales.style.background_gradient()

从上面的销售额表可以得出，下半年的销售额明显好于上半年，且逐年递增。

计算每年的销售总额及增长率并绘图显示：

sales_sum=sales.sum()
sales_sum.plot(kind='bar',alpha=0.5)
plt.grid()

# 计算每年增长率
rise_12=sales_sum[1]/sales_sum[0]-1
rise_13=sales_sum[2]/sales_sum[1]-1
rise_14=sales_sum[3]/sales_sum[2]-1
rise_rate=[0,rise_12,rise_13,rise_14]

# 显示增长率
sales_sum=pd.DataFrame({'sales_sum':sales_sum})
sales_sum['rise_rate']=rise_rate

从上图可以看出，销售额是逐年递增的，2014的销售额接近于2011年的两倍，说明公司发展势头很好。接着了解每月的销售额情况，用面积图显示

sales.plot.area(stacked=False)

从图中可以看出，在一年中，销售额基本呈现整体递增趋势，下半年好于上半年。

因此，下半年运营推广等策略要继续维持，还可以加大投入，提高整体销售额；而在上半年，可以结合产品特点进行新产品拓展，举办一些促销活动等吸引客户。

4.1.2 销量分析

构建销量表并递增显示

#销量分析
quantity = pd.concat([year_2011['Quantity'],year_2012['Quantity'],
                      year_2013['Quantity'],year_2014['Quantity']],axis=1)

# 对行名和列名进行重命名
quantity.columns=['Quantity-2011','Quantity-2012','Quantity-2013','Quantity-2014']
quantity.index=['Jau','Feb','Mar','Apr','May','Jun','Jul','Aug','Sep','Oct','Nov','Dec']

# 颜色越深，销量越高
quantity.style.background_gradient()

计算销量增长率和每年的销量总和

# 计算年度销量并图表展示
quantity_sum=quantity.sum()
quantity_sum.plot(kind='bar',alpha=0.5)
plt.grid()

# 计算每年增长率
rise_12=quantity_sum[1]/quantity_sum[0]-1
rise_13=quantity_sum[2]/quantity_sum[1]-1
rise_14=quantity_sum[3]/quantity_sum[2]-1
rise_rate=[0,rise_12,rise_13,rise_14]

# 显示增长率
quantity_sum=pd.DataFrame({'quantity_sum':quantity_sum})
quantity_sum['rise_rate']=rise_rate

与销售额趋势一致，销量也是下半年好于上半年，且逐年递增。

4.1.3 利润分析

构建利润表

profit=pd.concat([year_2011['Profit'],year_2012['Profit'],
                 year_2013['Profit'],year_2014['Profit']],axis=1)
profit.columns=['Profit-2011','Profit-2012','Profit-2013','Profit-2014']
profit.index=['Jau','Feb','Mar','Apr','May','Jun','Jul','Aug','Sep','Oct','Nov','Dec']

profit.style.background_gradient()

结果如下：

计算每年总利润和利润率

profit_sum=profit.sum()
profit_sum.plot(kind='bar',alpha=0.5)
plt.grid()

profit_sum=pd.DataFrame({'profit_sum':profit_sum})
profit_sum["year"] =  [2011, 2012, 2013, 2014]

sales_sum=pd.DataFrame({'sales_sum':sales.sum()})
sales_sum["year"] =  [2011, 2012, 2013, 2014]

profit_sum = pd.merge(profit_sum, sales_sum)
profit_sum["profit_rate"] = profit_sum["profit_sum"] / profit_sum["sales_sum"]

利润变化和销售额、销量变化一致，下半年利润高于上半年，逐年在递增。说明公司近几年持续收益很高，发展很不错。

4.1.4 客单价分析

客单价（per customer transaction）是指商场（超市）每一个顾客平均购买商品的金额，也即是平均交易金额。（百度百科）
客单价的计算公式是：客单价=销售额÷成交顾客数。

> # 2011-2014年客单价
for i in range(2011,2015):
    data=df[df['year']==i]
    price=data[['Order_Date','Customer_ID','Sales']]

    # 计算总消费次数
    price_dr=price.drop_duplicates(
        subset=['Order_Date', 'Customer_ID'])

    # 总消费次数：有多少行
    total_num=price_dr.shape[0]
    print('{}年总消费次数='.format(i),total_num)

    unit_price = price['Sales'].sum()/total_num
    print('{}年客单价='.format(i), unit_price,'\n')
        
------------------------------------------------------------------------------
2011年总消费次数= 4453
2011年客单价= 507.3997070604087 

2012年总消费次数= 5392
2012年客单价= 496.55762136498515 

2013年总消费次数= 6753
2013年客单价= 504.3308824788983 

2014年总消费次数= 8696
2014年客单价= 494.4647965225392 

从输出结果来看，总消费次数呈现逐年递增的趋势，但是客单价保持在500左右不变。

4.1.5 市场布局分析

分析不同地区之间的销售情况

Market_Year_Sales = df.groupby(['Market', 'year']).agg({'Sales':'sum'}).reset_index().rename(columns={'Sales':'Sales_amounts'})
Market_Year_Sales.head()

sns.barplot(x='Market', y='Sales_amounts', hue='year', data = Market_Year_Sales)
plt.title('2011-2014 market sales')

不管在哪个地区，销售额呈现逐年递增的趋势。

计算各个地区销售额占总销售额的百分比

Market_Sales = df.groupby(['Market']).agg({'Sales':'sum'})
Market_Sales["percent"] = Market_Sales["Sales"] / df["Sales"].sum()
Market_Sales.style.background_gradient()

从图表可以看出，每个地区每年销售额总体处于上升趋势，其中APAC(亚太地区)、EU(欧盟)、US(美国)、LATAM(拉丁美洲)的销售额超过了总销售额的85%，总体也与地区的经济发展相匹配。其中加拿大Canada的销售额微乎其微，可以结合公司整体战略布局进行取舍。

4.2 商品情况分析

4.2.1 销量前10名的商品

productId_count = df.groupby('Product_ID').count()['Customer_ID'].sort_values(ascending=False)
print(productId_count.head(10))

--------------------------------------
Product_ID
OFF-AR-10003651    35
OFF-AR-10003829    31
OFF-BI-10002799    30
OFF-BI-10003708    30
FUR-CH-10003354    28
OFF-BI-10002570    27
OFF-BI-10004140    25
OFF-BI-10004195    24
OFF-BI-10001808    24
OFF-BI-10004632    24
Name: Customer_ID, dtype: int64

4.2.2 销售额前10名的商品

productId_amount = df.groupby('Product_ID').sum()['Sales'].sort_values(ascending=False)
print(productId_amount.head(10))
-----------------------------------
Product_ID
TEC-CO-10004722    61599.8240
TEC-PH-10004664    30041.5482
OFF-BI-10003527    27453.3840
TEC-MA-10002412    22638.4800
TEC-PH-10004823    22262.1000
FUR-CH-10002024    21870.5760
FUR-CH-10000027    21329.7300
OFF-AP-10004512    21147.0840
FUR-TA-10001889    20730.7557
OFF-BI-10001359    19823.4790
Name: Sales, dtype: float64

从结果可以看出，销量最高的大部分是办公用品，而销售额最高的大部分是电子产品、家具这些单价较高的商品。

4.2.3 利润前10的商品

productId_Profit= df.groupby('Product_ID').sum()['Profit'].sort_values(ascending=False)
print(productId_Profit.head(10))
------------------------------------
Product_ID
TEC-CO-10004722    25199.9280
OFF-AP-10004512    10345.5840
TEC-PH-10004823     8121.4800
OFF-BI-10003527     7753.0390
TEC-CO-10001449     6983.8836
FUR-CH-10002250     6123.2553
TEC-PH-10004664     5455.9482
OFF-AP-10002330     5452.4640
TEC-PH-10000303     5356.8060
FUR-CH-10002203     5003.1000
Name: Profit, dtype: float64

利润最高的大部分是电子类产品。

4.2.4 商品种类销售情况

# 根据商品种类和子种类，重新重合成一个新的种类
df['Category_Sub_Category'] = df[['Category','Sub_Category']].apply(lambda x:str(x[0])+'_'+str(x[1]),axis=1)
# 按照新的种类进行分组，统计销售额和利润
df_Category_Sub_Category=df.groupby("Category_Sub_Category").agg({"Profit":"sum","Sales":"sum"}).reset_index()
# 按照销售额倒序排序
df_Category_Sub_Category.sort_values(by=["Sales"],ascending=False, inplace=True)
# 每个种类商品的销售额累计占比
df_Category_Sub_Category['cum_percent'] = df_Category_Sub_Category['Sales'].cumsum()/df_Category_Sub_Category['Sales'].sum()
df_Category_Sub_Category

从表中可以看出，有将近一半的商品的总销售占比达到84%，大概率是自家优势主营产品，后续经营中应继续保持，可以结合整体战略发展适当加大投入，逐渐形成自己的品牌。
需要关注的是，Tables(桌子)的利润是负，表明这个产品目前处于亏损状态，应该是促销让利太多。通过检查原数据，发现Tabels大部分都在打折，打折的销量高达76%。如果是在清库存，这个效果还是不错的，但如果不是，说明这个产品在市场推广上遇到了瓶颈，或者是遇到强竞争对手，需要结合实际业务进行分析，适当改善经营策略。

4.3 用户情况分析

4.3.1 不同类型的用户占比

df["Segment"].value_counts().plot(kind='pie', autopct='%.2f%%', shadow=True, figsize=(14, 6))

蓝色部分最大，也就是说，普通用户占比是最多的。

每一年不同类型的用户数量情况

Segment_Year = df.groupby(["Segment", 'year']).agg({'Customer_ID':'count'}).reset_index()
sns.barplot(x='Segment', y='Customer_ID', hue='year', data = Segment_Year)
plt.title('2011-2014 Segment Customer')

从上图可以看出，不管是哪种类型的用户，每年都是呈现一个递增的趋势，这个势头很不错。

不同类型的用户每年贡献的销售额：

Segment_sales = df.groupby(["Segment", 'year']).agg({'Sales':'sum'}).reset_index()
sns.barplot(x='Segment', y='Sales', hue='year', data = Segment_sales)
plt.title('2011-2014 Segment Sales')

与用户数量变化一样，不管是哪种类型的用户，用户销售额每年都是呈现一个递增的趋势。

4.3.2 用户下单行为分析

获取新的子数据集

grouped_Customer = df[['Customer_ID','Order_Date', 
          'Quantity', 'Sales', 'month']].sort_values(['Order_Date']).groupby('Customer_ID')
grouped_Customer.head()

用户的第一次购买日期分布

grouped_Customer.min().Order_Date.value_counts().plot()

可以看出， 在2013年初以后新用户增长的趋势缓慢，长期来看，这不利于商家的发展，所以商家可以通过广告等推广策略吸收更多的新用户。如果能够在新客户获取上能够突破，会给企业带来很大的增长空间。

用户的最后一次购买日期分布

grouped_Customer.max().Order_Date.value_counts().plot()

通过观察最近一次购买日期，可以发现用户基本没有流失，也验证了每年销售额的增长趋势。

只购买过一次的客户数量

# 统计每个客户第一次和最后一次购买记录
Customer_life = grouped_Customer.Order_Date.agg(['min','max'])
# 查看只有一次购买记录的顾客数量，第一次和最后一次是同一条记录，则说明购买只有一次
(Customer_life['min'] == Customer_life['max']).value_counts()
-----------------------------------------------------
False    1580
True       10
dtype: int64

购买一次的用户只有10位，说明该商家在维持老客方面做得很不错，这也保证了商家的销售额。

4.3.3 RFM模型分析

R是指用户的最近一次消费时间，用最通俗的话说就是，用户最后一次下单时间距今天有多长时间了，这个指标与用户流失和复购直接相关。

F是指用户下单频率，通俗一点儿就是，用户在固定的时间段内消费了几次。这个指标反映了用户的消费活跃度。

M是指用户消费金额，其实就是用户在固定的周期内在平台上花了多少钱，直接反映了用户对公司贡献的价值。

而RFM模型就是通过一个客户的近期购买行为、购买的总体频率以及花了多少钱三项指标，来描述该客户的价值状况。
构建RFM表

rfm = df.pivot_table(index='Customer_ID',
                    values = ["Quantity","Sales","Order_Date"],
              aggfunc={"Quantity":"sum","Sales":"sum","Order_Date":"max"})

# 所有用户最大的交易日期为标准，求每笔交易的时间间隔即为R
rfm['R'] = (rfm.Order_Date.max() - rfm.Order_Date)/np.timedelta64(1,'D')
# 每个客户的总销量即为F，总销售额即为M
rfm.rename(columns={'Quantity':'F','Sales':'M'},inplace = True)
rfm.head()

对客户价值进行标注，将客户分为8个等级

# 基于平均值做比较，超过均值为1，否则为0
rfm[['R','F','M']].apply(lambda x:x-x.mean())

def rfm_func(x):
    level =x.apply(lambda x:'1'if x>0 else '0')
    level =level.R +level.F +level.M
    d = {
        "111":"重要价值客户",
        "011":"重要保持客户",
        "101":"重要挽留客户",
        "001":"重要发展客户",
        "110":"一般价值客户",
        "010":"一般保持客户",
        "100":"一般挽留客户",
        "000":"一般发展客户"
    }
    result = d[level]
    return result

rfm['label']= rfm[['R','F','M']].apply(lambda x:x-x.mean()).apply(rfm_func,axis =1)
rfm.head()

重要价值客户和非重要价值客户进行可视化展示

rfm.loc[rfm.label=='重要价值客户','color']='g'
rfm.loc[~(rfm.label=='重要价值客户'),'color']='r'
rfm.plot.scatter('F','R',c= rfm.color)

从图中可以看出，R值小的F值大的点数占多，这说明最近购买的日期很近，交易频率也很高，这是很好的现象。

4.3.4 新用户、活跃用户、不活跃用户和回归用户分析

设置Customer_ID为索引，month为列名，统计每个月的购买次数。

pivoted_counts = df.pivot_table(index= 'Customer_ID',
                               columns= 'month',
                               values= 'Order_Date',
                               aggfunc= 'count').fillna(0)
# 大于一次的全部设为1
df_purchase = pivoted_counts.applymap(lambda x:1 if x>0 else 0)
df_purchase.head()

定义状态函数并进行状态标记。

def active_status(data):
    status = []
    for i in range(48):
        if data[i] == 0:
            if len(status)>0:
                if status[i-1] == "unreg":
                 # 未注册客户
                    status.append("unreg")
                else:
                 # 不活跃用户
                    status.append("unactive")
            else:
                status.append("unreg")
            
        # 若本月消费了
        else:
            if len(status) == 0:
             # 新用户
                status.append("new")
            else:
                if status[i-1] == "unactive":
                 # 回归用户
                    status.append("return")
                elif status[i-1] == "unreg":
                    status.append("new")
                else:
                    status.append("active")
    return pd.Series(status)  

purchase_stats = df_purchase.apply(active_status,axis =1)
purchase_stats.head()

结果如下：
用NaN替代 “unreg”，并统计每月各状态客户数量。

purchase_stats_ct = purchase_stats.replace('unreg',np.NaN).apply(lambda x:pd.value_counts(x))
# 用0填充NaN
purchase_stats_ct.fillna(0).T.plot.area()

从以上结果可以发现活跃客户、新客户和回归客户，每年呈一定的规律起伏，这可能和年终大促有关，需要更多数据进行验证。

4.3.5 复购率和回购率分析

复购率计算指标：用户在该月购买过一次以上算复购。

purchase_r = pivoted_counts.applymap(lambda x :1 if x>1 else np.NaN if x==0 else 0)
(purchase_r.sum()/purchase_r.count()).plot(figsize=(10,4))

回购率计算指标：在该月购买过，且在下月也购买时计入回购。

def purchase_back(data):
    status=[]
    for i in range(47):
        if data[i] ==1:
            if data[i+1] == 1:
                status.append(1)
            if data[i+1] == 0:
                status.append(0)
        else:
            status.append(np.NaN)
    status.append(np.NaN)
    return status

purchase_b = df_purchase.apply(purchase_back,axis =1,result_type='expand')
(purchase_b.sum()/purchase_b.count()).plot(figsize=(10,4))

从上可以发现复购率基本大于0.52，且呈总体上升趋势，说明客户忠诚度高，也和之前分析的商家维持老客做得很好相对应；回购率在年中年末呈峰形态，可能与商家折扣活动或节日有关，间接也说明活动或节日起到了一定的影响力。

5 总结

1）从销售情况分析来看，每年下半年的销售额、销量和利润均是明显好于上半年，且均逐年递增；从输出结果来看，总消费次数呈现逐年递增的趋势，但是客单价保持在500左右不变；不管在哪个地区，销售额呈现逐年递增的趋势。
2）从商品情况分析来看，销量最高的大部分是办公用品，电子产品的销售额最高而且利润最大，所以商家可以持续发展在电子产品类的利润优势，但是Tables(桌子)的利润是负的，需要保持关注，收集更多数据去了解和确定产生负利润的原因。
3）从用户情况分析来看，不管是哪种类型的用户，其数量和销售额每年都是呈现一个递增的趋势；该商家在维持老客方面做得很不错，但是2013年初后，新客增长趋势缓慢，商家需要通过广告、活动等方式吸引更多的新客。

6 参考资料

1、原始数据集
链接：https://pan.baidu.com/s/13QNHG7sRZu4iwcJ4Sz9F1g
提取码：ec7j
2、数据分析实战之超市零售分析
3、RFM模型
4、python 数据表格的合并和重塑