科技猎如何七周成为数据分析师22：用pandas进行数据分析实战
本文是《 如何七周成为数据分析师 》的第二十二篇教程，如果想要了解写作初衷，可以先行阅读七周指南。温馨提示：如果您已经熟悉Python，大可不必再看这篇文章，或只挑选部分。
大家学习Python，不练习怎么行？
这次依旧使用网络抓取的数据分析师的招聘薪资作为练习数据。在早期我们已经用它进行了Excel、BI可视化、SQL三方面的实战训练，想必大家已经很熟悉了，我不再赘述。
主要内容是进行数据读取，数据概述，数据清洗和整理，分析和可视化。按照本教程，相信大家的Pandas会上到一个新台阶，遇到文中没有提及的错误，通过搜索引擎解决吧。
首先载入我们的练习数据。
在pandas中，常用的载入函数是read_csv。除此之外还有read_excel和read_table，table可以读取txt。若是服务器相关的部署，则还会用到read_sql，直接访问数据库，但它必须配合mysql相关包。
read_csv拥有诸多的参数，encoding是最常用的参数之一，它用来读取csv格式的编码。这里使用了gb2312，该编码常见于windows，如果报错，可以尝试utf-8。
sep参数是分割符，有些csv文件用逗号分割列，有些是分号，有些是\t，这些都需要具体设置。header参数为是否使用表头作为列名，默认是。names参数可以为列设置额外的名字，比如csv中的表头是中文，但是在pandas中最好转换成英文。
上述是主要的参数，其他参数有兴趣可以学习。一般来说，csv的数据都是干净的，excel文件则有合并单元格这种恶心的玩意，尽量避免。
现在有了数据df，首先对数据进行快速的浏览。
这里列举出了数据集拥有的各类字段，一共有6876个，其中companyLabelList，businessZones，secondType，positionLables都存在为空的情况。公司id和职位id为数字，其他都是字符串。
因为数据集的数据比较多，如果我们只想浏览部分的话，可以使用head函数，显示头部的数据，默认5，也可以自由设置参数，如果是尾部数据则是tail。
数据集中，最主要的脏数据是薪资这块，后续我们要拆成单独的两列。
看一下是否有重复的数据。
unique函数可以返回唯一值，数据集中positionId是职位ID，值唯一。配合len函数计算出唯一值共有5031个，说明有多出来的重复值。
使用drop_duplicates清洗掉。
drop_duplicates函数通过subset参数选择以哪个列为去重基准。keep参数则是保留方式，first是保留第一个，删除后余重复值，last还是删除前面，保留最后一个。duplicated函数功能类似，但它返回的是布尔值。
接下来加工salary薪资字段。目的是计算出薪资下限以及薪资上限。
薪资内容没有特殊的规律，既有小写k，也有大小K，还有「k以上」这种蛋疼的用法，k以上只能上下限默认相同。
这里需要用到pandas中的apply。它可以针对DataFrame中的一行或者一行数据进行操作，允许使用自定义函数。
我们定义了个word_cut函数，它查找「-」符号所在的位置，并且截取薪资范围开头至K之间的数字，也就是我们想要的薪资上限。apply将word_cut函数应用在salary列的所有行。
「k以上」这类脏数据怎么办呢？find函数会返回-1，如果按照原来的方式截取，是word[:-2]，不是我们想要的结果，所以需要加一个if判断。
因为python大小写敏感，我们用upper函数将k都转换为K，然后以K作为截取。这里不建议用「以上」,因为有部分脏数据不包含这两字。
将bottomSalary转换为数字，如果转换成功，说明所有的薪资数字都成功截取了。
薪资上限topSalary的思路也相近，只是变成截取后半部分。
在word_cout函数增加了新的参数用以判断返回bottom还是top。apply中，参数是添加在函数后面，而不是里面的。这点需要注意。
接下来求解平均薪资。
数据类型转换为数字，这里引入新的知识点，匿名函数lamba。很多时候我们并不需要复杂地使用def定义函数，而用lamdba作为一次性函数。
lambda x: ******* ，前面的lambda x:理解为输入，后面的星号区域则是针对输入的x进行运算。案例中，因为同时对top和bottom求平均值，所以需要加上x.bottomSalary和x.topSalary。word_cut的apply是针对Series，现在则是DataFrame。
axis是apply中的参数，axis=1表示将函数用在行，axis=1则是列。
这里的lambda可以用(df_duplicates.bottomSalary + df_duplicates.topSalary)/2替代。
到此，数据清洗的部分完成。切选出我们想要的内容进行后续分析(大家可以选择更多数据)。
先对数据进行几个描述统计。
value_counts是计数，统计所有非零元素的个数，以降序的方式输出Series。数据中可以看到北京招募的数据分析师一骑绝尘。
我们可以依次分析数据分析师的学历要求，工作年限要求等。
针对数据分析师的薪资，我们用describe函数。
它能快速生成各类统计指标。数据分析师的薪资的平均数是17k，中位数是15k，两者相差不大，最大薪资在75k，应该是数据科学家或者数据分析总监档位的水平。标准差在8.99k，有一定的波动性，大部分分析师薪资在17+—9k之间。
一般分类数据用value_counts，数值数据用describe，这是最常用的两个统计函数。
说了这么多文字，还是不够直观，我们用图表说话。
pandas自带绘图函数，它是以matplotlib包为基础封装，所以两者能够结合使用。
%matplotlib inline是jupyter自带的方式，允许图表在cell中输出。plt.style.use(‘ggplot’)使用R语言中的ggplot2配色作为绘图风格，纯粹为了好看。
用hist函数很方便的就绘制除出直方图，比excel快多了。图表列出了数据分析师薪资的分布，因为大部分薪资集中20k以下，为了更细的粒度。将直方图的宽距继续缩小。
数据分布呈双峰状，因为原始数据来源于招聘网站的爬取，薪资很容易集中在某个区间，不是真实薪资的反应（10～20k的区间，以本文的计算公式，只会粗暴地落在15k，而非均匀分布）。
数据分析的一大思想是细分维度，现在观察不同城市、不同学历对薪资的影响。箱线图是最佳的观测方式。
图表的标签出了问题，出现了白框，主要是图表默认用英文字体，而这里的都是中文，导致了冲突。所以需要改用matplotlib。
首先加载字体管理包，设置一个载入中文字体的变量，不同系统的路径不一样。boxplot是我们调用的箱线图函数，column选择箱线图的数值，by是选择分类变量，figsize是尺寸。
ax.get_xticklabels获取坐标轴刻度，即无法正确显示城市名的白框，利用set_fontpeoperties更改字体。于是获得了我们想要的箱线图。改变字体还有其他方法，大家可以网上搜索关键字「matplotlib 中文字体」，都有相应教程。
从图上我们看到，北京的数据分析师薪资高于其他城市，尤其是中位数。上海和深圳稍次，广州甚至不如杭州。
从学历看，博士薪资遥遥领先，虽然在top区域不如本科和硕士，这点我们要后续分析。大专学历稍有弱势。
工作年限看，薪资的差距进一步拉大，毕业生和工作多年的不在一个梯度。虽然没有其他行业的数据对比，但是可以确定，数据分析师的职场上升路线还是挺光明的。
到目前为止，我们了解了城市、年限和学历对薪资的影响，但这些都是单一的变量，现在想知道北京和上海这两座城市，学历对薪资的影响。
在by传递多个值，箱线图的刻度自动变成元组，也就达到了横向对比的作用（这方法其实并不好，以后会讲解其他方式）。这种方法并不适宜元素过多的场景。从图上可以看到，不同学历背景下，北京都是稍优于上海的，北京愿意花费更多薪资吸引数据分析师，而在博士这个档次，也是一个大幅度的跨越。我们不妨寻找其中的原因。
在pandas中，需要同时用到多个维度分析时，可以用groupby函数。它和SQL中的group by差不多，能将不同变量分组。
上图是标准的用法，按city列，针对不同城市进行了分组。不过它并没有返回分组后的结果，只返回了内存地址。这时它只是一个对象，没有进行任何的计算，现在调用groupby的count方法。
它返回的是不同城市的各列计数结果，因为没有NaN，每列结果都是相等的。现在它和value_counts等价。
换成mean，计算出了不同城市的平均薪资。因为mean方法只针对数值，而各列中只有avgSalary是数值，于是返回了这个唯一结果。
groupby可以传递一组列表，这时得到一组层次化的Series。按城市和学历分组计算了平均薪资。
后面再调用unstack方法，进行行列转置，这样看的就更清楚了。在不同城市中，博士学历最高的薪资在深圳，硕士学历最高的薪资在杭州。北京综合薪资最好。这个分析结论有没有问题呢？不妨先看招聘人数。
这次换成count，我们在groupby后面加一个avgSalary，说明只统计avgSalary的计数结果，不用混入相同数据。图上的结果很明确了，要求博士学历的岗位只有6个，所谓的平均薪资，也只取决于公司开出的价码，波动性很强，毕竟这只是招聘薪资，不代表真实的博士在职薪资。这也解释了上面几个图表的异常。
groupby是不是和数据透视表比较像？pandas其实有专门的数据透视函数，在另外一方面，groupby确实能完成不少透视工作。
接下来计算不同公司招聘的数据分析师数量，并且计算平均数。
这里使用了agg函数，同时传入count和mean方法，然后返回了不同公司的计数和平均值两个结果。所以前文的mean，count，其实都省略了agg。agg除了系统自带的几个函数，它也支持自定义函数。
上图用lamba函数，返回了不同公司中最高薪资和最低薪资的差值。agg是一个很方便的函数，它能针对分组后的列数据进行丰富多彩的计算。但是在pandas的分组计算中，它也不是最灵活的函数。
现在我们有一个新的问题，我想计算出不同城市，招聘数据分析师需求前5的公司，应该如何处理？agg虽然能返回计数也能排序，但它返回的是所有结果，前五还需要手工计算。能不能直接返回前五结果？当然可以，这里再次请出apply。
自定义了函数topN，将传入的数据计数，并且从大到小返回前五的数据。然后以city聚合分组，因为求的是前5的公司，所以对companyShortName调用topN函数。
同样的，如果我想知道不同城市，各职位招聘数前五，也能直接调用topN。
可以看到，虽说是数据分析师，其实有不少的开发工程师，数据产品经理等。这是抓取下来数据的缺点，它反应的是不止是数据分析师，而是数据领域。不同城市的需求不一样，北京的数据产品经理看上去要比上海高。
agg和apply是不同的，虽然某些方法相近，比如求sum，count等，但是apply支持更细的粒度，它能按组进行复杂运算，将数据拆分合并，而agg则必须固定为列。
运用group by，我们已经能随意组合不同维度。接下来配合group by作图。
多重聚合在作图上面没有太大差异，行列数据转置不要混淆即可。
上述的图例我们都是用pandas封装过的方法作图，如果要进行更自由的可视化，直接调用matplotlib的函数会比较好，它和pandas及numpy是兼容的。plt已经在上文中调用并且命名
上图将上海和北京的薪资数据以直方图的形式进行对比。因为北京和上海的分析师人数相差较远，所以无法直接对比，需要用normed参数转化为密度。设置alpha透明度，它比箱线图更直观。
另外一种分析思路是对数据进行深加工。我们将薪资设立出不同的level
cut的作用是分桶，它也是数据分析常用的一种方法，将不同数据划分出不同等级，也就是将数值型数据加工成分类数据，在机器学习的特征工程中应用比较多。cut可以等距划分，传入一个数字就好。这里为了更好的区分，我传入了一组列表进行人工划分，加工成相应的标签。
用lambda转换百分比，然后作堆积百分比柱形图(matplotlib好像没有直接调用的函数)。这里可以较为清晰的看到不同等级在不同地区的薪资占比。它比箱线图和直方图的好处在于，通过人工划分，具备业务含义。0～3是实习生的价位，3～6是刚毕业没有基础的新人，整理数据那种，6～10是有一定基础的，以此类推。
现在只剩下最后一列数据没有处理，标签数据。
现在的目的是统计数据分析师的标签。它只是看上去干净的数据，元素中的[]是无意义的，它是字符串的一部分，和数组没有关系。
你可能会想到用replace这类函数。但是它并不能直接使用。df_clean.positionLables.replace会报错，为什么呢？因为df_clean.positionLables是Series，并不能直接套用replace。apply是一个好方法，但是比较麻烦。
这里需要str方法。
str方法允许我们针对列中的元素，进行字符串相关的处理，这里的[1:-1]不再是DataFrame和Series的切片，而是对字符串截取，这里把[]都截取掉了。如果漏了str，就变成选取Series第二行至最后一行的数据，切记。
使用完str后，它返回的仍旧是Series，当我们想要再次用replace去除空格。还是需要添加str的。现在的数据已经干净不少。
positionLables本身有空值，所以要删除，不然容易报错。再次用str.split方法，把元素中的标签按「,」拆分成列表。
这里是重点，通过apply和value_counts函数统计标签数。因为各行元素已经转换成了列表，所以value_counts会逐行计算列表中的标签，apply的灵活性就在于此，它将value_counts应用在行上，最后将结果组成一张新表。
这里的运算速度会有点慢，别担心
用unstack完成行列转换，看上去有点怪，因为它是统计所有标签在各个职位的出现次数，绝大多数肯定是NaN。
将空值删除，并且重置为DataFrame，此时level_0为标签名，level_1为df_index的索引，也可以认为它对应着一个职位，0是该标签在职位中出现的次数，之前我没有命名，所以才会显示0。部分职位的标签可能出现多次，这里忽略它。
最后用groupby计算出标签出现的次数。到这里，已经计算出我们想要的结果。除了这种方法，也可以使用for循环，大家可以试着练习一下，效率会慢不少。这种写法的缺点是占用内存较大，拿空间换时间，具体取舍看大家了。
加载wordcloud，anaconda没有，自行下载吧。清洗掉引号，设置词云相关的参数。因为我是在jupyter中显示图片，所以需要额外的配置figsize，不然wide和height的配置无效。wordcloud也兼容pandas，所以直接将结果传入，然后显示图片，去除坐标。大功告成。
把最后结果的图片右键另存为，发到朋友圈纪念一下吧，哈哈哈哈。
如果大家不妨花些时间做下面的练习：
- 不同职位的词云图有没有差异？
- 不同薪资不同年限，他们岗位的标签词云会不会有差异？
- 不同薪资等级，和工作年限、职位的关系是怎么样的？
- 以上的代码，有没有更优化的实现方式？
- 薪资的上下限拆分，能不能用lambda方法？
到目前为止，我们进行的分析均是利用多维和可视化，多练习也就掌握了。其实它和excel没有多大区别，只是python能够更快地应付更多更复杂的数据，当然新人在开始的效率不会高。
因为时间关系，更多的函数留到下次课程，下次课程也是最后一次了。
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