Python 数据分析师必备的入门学习路线和技能

最近几年，做的这些项目，大多与数据分析与算法应用相关。岗位虽然是算法工程师，但是与数据分析打得交道也很多，双管齐下，最后才能确保算法的落地。在几年前，我还想当然地认为做算法的就应该偏重算法研究与应用，可能数据分析相关的技术真的没那么重要，不过我很快意识到自己的错误，重新将数据分析放在一个重要的位置，去研究学习。

结合过往经历，说下自己对算法设计和数据分析工作的一些浅显体会。

1、数据分析行业的发展情况

对于算法落地而言，个人认为准确性和稳定性是最重要的。在校园时，相信老师都跟我们讲过算法的几个重要性质，比如算法的时间复杂度，空间复杂度，鲁棒性等等，都具备了这些性质的算法当然是一个好算法。

然而，实际情况是，实际场景往往比较复杂，比如，影响因素及之间的关系很复杂；数据匮乏不说，手上的数据还有一半是垃圾等等，这一系列难点，都加大了我们算法设计的难度，哪怕只是设计一个满足基本场景的算法。这使我明白，设计的算法要优先保证能得到一个正确的结果。

其次，作为工程项目，确保系统的稳定性，尽量或者上线后基本没有 bug 显得同样重要。否则，你连觉都睡不好，还提什么其他性能。所以为了稳妥起见，大部分算法设计都不会从零做起，大都会基于成熟稳定的开源框架，然后在上面扩展，开花结果。

已经说的很直白了，还没有工作的小伙伴，可以思考一下。光鲜的事物背后，未必有它真正看起来那样的光彩夺目。

2、数据分析学习路线

作为数据分析的入门课程，首先说一下入门数据科学的完整学习路线；然后，介绍数据分析中花费时间较多的：数据清理 (data munging)。

学习路线、主要任务介绍完后，接下来就要开始动手实践、实现这些任务了。Python 作为数据分析和人工智能的首选语言，介绍关于它的一些核心知识，让帮助入门者快速上手。

每个人学习一门新知识前，大都想去了解下这门知识的学习思路是怎样的，都有哪些知识是必须要学的。所以，我先把我的数据分析思维导图展现给大家，希望能抛砖引玉。

1）统计学基本知识

首先，入门数据分析需要必备一些统计学的基本知识，在这里我们简单列举几个入门级的重要概念。概率，平均值，中位数，众数，四分位数，期望，标准差，方差。在这些基本概念上，又衍生出的很多重要概念，比如协方差，相关系数等。

当然，你还得了解，事件，离散事件，连续性事件，了解数据的常见分布，比如泊松分布，正态分布等，归一化等知识。限于篇幅，在此，我就不一一展开了。我为大家推荐一本精简的这方面入门书籍，浙大盛骤等老师合编的《概率论与数理统计》这本书，大家可以有选择地学习书中的重要个概念。

2）机器学习基本算法

说统计学是一种基于事实的演绎学问，它是严谨的，可以给出确切解释的。不过，机器学习就不一样了，它是一门归纳思想的学问，比如深度学习得出的模型，你就很难解释其中的具体参数为什么取值为某某某。它的应用在于可以提供一种预测，给我们未来提供一种建设性的指导。

数据分析师需要了解机器学习的基本理论、常见的那十几种算法，这样对于我们做回归、分类、聚类分析，都是不可缺少的。

直到现在，也有很多小伙伴在公众号后台，问我，该如何入门机器学习。我通常的回答都是，先理解一种基本的算法，包括从算法的原理，公式推导，手写编码实现这个算法，可视化算法的结果。当完成整个一遍时，你也就差不多入门了，知道机器学习是怎么一回事了。

3）编程语言及工具

如果说数学是纯理论，可能只需要动脑的学问地话，计算机和它最不同的一点就是，需要动手。记得 linux 大神托瓦兹，作为世界上最著名的程序员、计算机科学家，linux 内核和 git 的主要发明人。他就曾经说过，talk is poor, show me the code.

的确，计算机属于工科学问，动手编码的能力非常重要，现在越来越多的理工科博士，也开始注重编码能力了，而且有的编码能力也是超强，写出来的代码可读性、可扩展性都很好。

数据分析和机器学习领域，同样需要能熟练使用至少一门变成语言，目前此领域，使用较多的就是 Python 和 R 语言。Python 又适合与机器学习领域，所以数据分析相关的从业人员，目前使用 Python 的也较多，当然 R 语言也不少。基于 Python 的生态环境也很不错，有很多数据科学包，比如文中提到的 NumPy、SciPy、Pandas 等等。

入行前，多多动手实践一些项目和名校的开源课程，可以驱动我们掌握它们，毕竟面对一些实际需求，这样做目标明确，自然会驱使你去掌握这些包的更多功能和 API 使用。

接下来就是数据分析的重头戏，数据整理(data munging)。

4）理解你的业务数据

我们在拿到需要分析的数据后，千万不要急于立刻开始做回归、分类、聚类分析。

第一步应该是认真理解业务数据，可以试着理解去每个特征，观察每个特征，理解它们对结果的影响程度。

然后，慢慢研究多个特征组合后，它们对结果的影响。借助上个章节提到的，常用的统计学指标，比如四分位，绘制箱形图，可以帮助我们寻找样本的取值分布。

同时，可以借助另一个强大的可视化工具：seaborn ，绘制每个特征变量间的相关系数热图 heatmap，帮助我们更好的理解数据。

5）明确各个特征的类型

明确我们的数据类型，也是数据整理阶段的必备任务之一。

如果这些数据类型不是算法部分期望的数据类型，你还得想办法编码成想要的。比如常见的数据自增列 id 这类数据，是否有必要放到你的算法模型中，因为这类数字很可能被当作数字读入。

6）找出异常数据

有时候我们的数据存在异常值，并且这种概率挺大的。这实际上会导致结果出现偏差。比如，统计中国家庭人均收入时，如果源数据里面，有王建林，马云等这种富豪，那么，人均收入的均值就会受到极大的影响，这个时候最好，绘制箱形图，看一看百分位数。因此，了解数据范围，设定最大值、最小值限度是很非常重要的。

7）不得不面对缺失值

现实生产环境中，拿到的数据恰好完整无损、没有任何缺失数据的概率，和买彩票中将的概率差不多。

数据缺失的原因太多了，业务系统版本迭代, 之前的某些字段不再使用了，自然它们的取值就变为 null 了；再或者，压根某些数据字段在抽样周期里，就是没有写入数据......

处理缺失数据，最好弄明白它们为什么缺失了，比如，像上面说道的，如果是在抽样周期里，这些字段取值缺失了，那么可以咨询业务人员，这些字段大概率会取得哪些值。

极端情况下，如果发现模型的效果受此字段影响较大，发现彻底删除此字段效果更好，那完全剔除可能是不错的选择。不过这样做也有风险，可能为模型带来更大的偏差。

8）令人头疼的数据不均衡

理论和实际总是有差距的，理论上很多算法都存在一个基本假设，即数据分布总是均匀的。这个美好的假设，在实际中，真的存在吗？很可能不是！

算法基于不均衡的数据学习出来的模型，在实际的预测集上，效果往往差于训练集上的效果。实际数据往往分布得很不均匀，存在所谓的 “长尾现象”，又称：“二八原理”。

就不均衡解决的难易程度而言，数据量越大，不均衡的问题越容易解决，相反，数据量很小，再不均衡，解决起来就比较困难了，比如典型的太空中是否有生命迹象这个事情，压根就没有太多相关的因素数据，如果某个特征的取值远多于另外一种，处理这种数据不均衡问题，就比较困难了。

所有以上 5 个方面的问题，对于一个数据分析师或数据科学家而言，都是需要认真处理对待的。限于篇幅，每个方面的详细解决技术，大家可以自行搜索相关文献和技术博客，一般大都有对应的解决措施。

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