11 | 数据科学家80%时间都花费在了这些清洗任务上？
在数据挖掘中，数据清洗就是这样的前期准备工作。对于数据科学家来说，我们会遇到各种各样的数据，在分析前，要投入大量的时间和精力把数据“整理裁剪”成自己想要或需要的样子。
数据清洗规则总结为以下 4 个关键点，统一起来叫“完全合一”。
- 完整性：单条数据是否存在空值，统计的字段是否完善。
- 全面性：观察某一列的全部数值，比如在 Excel 表中，我们选中一列，可以看到该列的平均值、最大值、最小值。我们可以通过常识来判断该列是否有问题，比如：数据定义、单位标识、数值本身。
- 合法性：数据的类型、内容、大小的合法性。比如数据中存在非 ASCII 字符，性别存在了未知，年龄超过了 150 岁等。
- 唯一性：数据是否存在重复记录，因为数据通常来自不同渠道的汇总，重复的情况是常见的。行数据、列数据都需要是唯一的，比如一个人不能重复记录多次，且一个人的体重也不能在列指标中重复记录多次。
解决问题
使用Pandas工具
1.完整性。可以采用以下三种方法：删除：删除数据缺失的记录；均值：使用当前列的均值；高频：使用当前列出现频率最高的数据；使用 dropna() 进行处理，删除空行。
df['Age'].fillna(df['Age'].mean(), inplace=True)
age_maxf = train_features['Age'].value_counts().index[0] #取频率最高的数据
train_features['Age'].fillna(age_maxf, inplace=True)
- 全面性问题：列数据的单位不统一观察 weight 列的数值，我们能发现 weight 列的单位不统一。有的单位是千克（kgs），有的单位是磅（lbs）。这里我使用千克作为统一的度量单位，将磅（lbs）转化为千克（kgs）：
# 获取 weight 数据列中单位为 lbs 的数据
rows_with_lbs = df['weight'].str.contains('lbs').fillna(False)
print df[rows_with_lbs]
# 将 lbs转换为 kgs, 2.2lbs=1kgs
for i,lbs_row in df[rows_with_lbs].iterrows():
# 截取从头开始到倒数第三个字符之前，即去掉lbs。
weight = int(float(lbs_row['weight'][:-3])/2.2)
df.at[i,'weight'] = '{}kgs'.format(weight)
- 合理性问题：非 ASCII 字符我们可以看到在数据集中 Fristname 和 Lastname 有一些非 ASCII 的字符。我们可以采用删除或者替换的方式来解决非 ASCII 问题，这里我们使用删除方法：
# 删除非 ASCII 字符
df['first_name'].replace({r'[^\x00-\x7F]+':''}, regex=True, inplace=True)
df['last_name'].replace({r'[^\x00-\x7F]+':''}, regex=True, inplace=True)
- 唯一性问题 1：一列有多个参数在数据中不难发现，姓名列（Name）包含了两个参数 Firtname 和 Lastname。为了达到数据整洁目的，我们将 Name 列拆分成 Firstname 和 Lastname 两个字段。我们使用 Python 的 split 方法，str.split(expand=True)，将列表拆成新的列，再将原来的 Name 列删除。
# 切分名字，删除源数据列
df[['first_name','last_name']] = df['name'].str.split(expand=True)
df.drop('name', axis=1, inplace=True)
问题 2：重复数据我们校验一下数据中是否存在重复记录。如果存在重复记录，就使用 Pandas 提供的 drop_duplicates() 来删除重复数据。
# 删除重复数据行
df.drop_duplicates(['first_name','last_name'],inplace=True)
12 | 数据集成：这些大号一共20亿粉丝？
数据挖掘前，需要的数据往往分布在不同的数据源中，需要考虑字段表达是否一样，以及属性是否冗余。
数据集成的两种架构：ELT 和 ETL
ETL 是英文 Extract、Transform 和 Load 的缩写，包括了数据抽取、转换、加载三个过程。
ETL 的过程为提取 (Extract)——转换 (Transform)——加载 (Load)，在数据源抽取后首先进行转换，然后将转换的结果写入目的地。当前的主流。
ELT 的过程则是提取 (Extract)——加载 (Load)——变换 (Transform)，在抽取后将结果先写入目的地，然后利用数据库的聚合分析能力或者外部计算框架，如 Spark 来完成转换的步骤。以后应用会越来越多。
ETL工具的使用
- Kettle
- 阿里开源软件：DataX
- Apache 开源软件:Sqoop
13 | 数据变换：考试成绩要求正态分布合理么？
数据变换:让不同渠道的数据统一到一个目标数据库里。作用：让数据满足一定的规律，达到规范性的要求，便于进行挖掘。在数据变换前，先对字段进行筛选，然后对数据进行探索和相关性分析，接着是选择算法模型（这里暂时不需要进行模型计算），然后针对算法模型对数据的需求进行数据变换，从而完成数据挖掘前的准备工作。
常见的变换方法：
- 数据平滑：去除数据中的噪声，将连续数据离散化。这里可以采用分箱、聚类和回归的方式进行数据平滑，我会在后面给你讲解聚类和回归这两个算法；
- 数据聚集：对数据进行汇总，在 SQL 中有一些聚集函数可以供我们操作，比如 Max() 反馈某个字段的数值最大值，Sum() 返回某个字段的数值总和；
- 数据概化：将数据由较低的概念抽象成为较高的概念，减少数据复杂度，即用更高的概念替代更低的概念。比如说上海、杭州、深圳、北京可以概化为中国。
- 数据规范化：使属性数据按比例缩放，这样就将原来的数值映射到一个新的特定区域中。常用的方法有最小—最大规范化、Z—score 规范化、按小数定标规范化等，我会在后面给你讲到这些方法的使用；
- 属性构造：构造出新的属性并添加到属性集中。这里会用到特征工程的知识，因为通过属性与属性的连接构造新的属性，其实就是特征工程。比如说，数据表中统计每个人的英语、语文和数学成绩，你可以构造一个“总和”这个属性，来作为新属性。这样“总和”这个属性就可以用到后续的数据挖掘计算中。
在这些变换方法中，最简单易用的就是对数据进行规范化处理。下面我来给你讲下如何对数据进行规范化处理。
数据规范化的几种方法
1. Min-max 规范化
Min-max 规范化方法是将原始数据变换到 [0,1] 的空间中。用公式表示就是：新数值 =（原数值 - 极小值）/（极大值 - 极小值）。
2. Z-Score 规范化
假设 A 与 B 的考试成绩都为 80 分，A 的考卷满分是 100 分（及格 60 分），B 的考卷满分是 500 分（及格 300 分）。虽然两个人都考了 80 分，但是 A 的 80 分与 B 的 80 分代表完全不同的含义。那么如何用相同的标准来比较 A 与 B 的成绩呢？Z-Score 就是用来可以解决这一问题的。我们定义：新数值 =（原数值 - 均值）/ 标准差。假设 A 所在的班级平均分为 80，标准差为 10。B 所在的班级平均分为 400，标准差为 100。那么 A 的新数值 =(80-80)/10=0，B 的新数值 =(80-400)/100=-3.2。那么在 Z-Score 标准下，A 的成绩会比 B 的成绩好。我们能看到 Z-Score 的优点是算法简单，不受数据量级影响，结果易于比较。不足在于，它需要数据整体的平均值和方差，而且结果没有实际意义，只是用于比较。
3. 小数定标规范化
小数定标规范化就是通过移动小数点的位置来进行规范化。小数点移动多少位取决于属性 A 的取值中的最大绝对值。举个例子，比如属性 A 的取值范围是 -999 到 88，那么最大绝对值为 999，小数点就会移动 3 位，即新数值 = 原数值 /1000。那么 A 的取值范围就被规范化为 -0.999 到 0.088。
工具:Python 的 sklearn 库
SciKit-Learn 不仅可以用于数据变换，它还提供了分类、聚类、预测等数据挖掘算法的 API 封装。后面我会详细给你讲解这些算法，也会教你如何使用 SciKit-Learn 工具来完成数据挖掘算法的工作。