Python數(shù)據(jù)分析、挖掘與可視化-教學(xué)大綱

一、課程概況課程名稱：Python數(shù)據(jù)分析、挖掘與可視化課程編號：課程性質(zhì)：限制性選修考核方式：考查建議學(xué)時：48+16前導(dǎo)課程：線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)適用專業(yè)：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)、統(tǒng)計、金融、管理等理工科和商科專業(yè)二、教學(xué)目的和要求通過本課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠理解Python的編程模式，熟練運(yùn)用Python內(nèi)置函數(shù)與運(yùn)算符、列表、元組、字典、集合等基本數(shù)據(jù)類型以及相關(guān)列表推導(dǎo)式、切片、序列解包等語法來解決實(shí)際問題，熟練掌握Python分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、函數(shù)設(shè)計以及類的設(shè)計與使用，掌握numpy數(shù)組運(yùn)算和矩陣運(yùn)算、pandas基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)分析與處理、機(jī)器學(xué)習(xí)基本算法原理以及sklearn實(shí)現(xiàn)、matplotlib數(shù)據(jù)可視化與科學(xué)計算可視化。能夠根據(jù)問題性質(zhì)和特點(diǎn)選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)選擇合適的可視化方式。三、教學(xué)內(nèi)容以及重點(diǎn)、難點(diǎn)第1章Python開發(fā)環(huán)境搭建與編碼規(guī)范1.1Python開發(fā)環(huán)境搭建與使用教學(xué)內(nèi)容：在Python官方網(wǎng)站下載安裝包并安裝，下載并安裝Anaconda3，IDLE、JupyterNotebook、Spyder簡單使用，使用pip和conda命令安裝擴(kuò)展庫。重點(diǎn)、難點(diǎn)：系統(tǒng)環(huán)境變量path的設(shè)置，安裝擴(kuò)展庫。1.2Python編碼規(guī)范教學(xué)內(nèi)容：縮進(jìn)對業(yè)務(wù)邏輯的影響，變量命名規(guī)則。重點(diǎn)、難點(diǎn)：縮進(jìn)的作用。1.3標(biāo)準(zhǔn)庫、擴(kuò)展庫對象的導(dǎo)入與使用教學(xué)內(nèi)容：導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)庫與擴(kuò)展庫對象的幾種形式及其區(qū)別，導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)庫和擴(kuò)展庫的順序。重點(diǎn)、難點(diǎn)：導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)庫與擴(kuò)展庫對象的幾種形式及其區(qū)別。第2章數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符與內(nèi)置函數(shù)2.1常用內(nèi)置數(shù)據(jù)類型教學(xué)內(nèi)容：整數(shù)、實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)、列表、元組、字典、集合、字符串等常用數(shù)據(jù)類型。重點(diǎn)、難點(diǎn)：數(shù)字大小沒有限制，實(shí)數(shù)計算會有誤差，字典的鍵和集合中的元素不允許重復(fù)并且必須為不可變類型的數(shù)據(jù)，包含一個元素的元組必須有逗號。2.2運(yùn)算符與表達(dá)式教學(xué)內(nèi)容：算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、成員測試運(yùn)算符、集合運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符。重點(diǎn)、難點(diǎn)：關(guān)系運(yùn)算符可以連用，關(guān)系運(yùn)算符、成員測試運(yùn)算符和邏輯運(yùn)算符具有惰性求值的特點(diǎn)，列表、元組、字符串比較大小時逐個比較其中的元素大小直至得出確定的結(jié)論，關(guān)系運(yùn)算符作用于集合時表示集合的包含關(guān)系而不關(guān)心元素大小。2.3常用內(nèi)置函數(shù)教學(xué)內(nèi)容：類型轉(zhuǎn)換、最大值、最小值、元素數(shù)量、求和、排序、逆序、基本輸入輸出、range()、zip()、map()、reduce()、filter()。重點(diǎn)、難點(diǎn)：內(nèi)置函數(shù)max()、min()、sorted()的key參數(shù)可以用來指定排序規(guī)則，range()函數(shù)限定的是左閉右開區(qū)間，函數(shù)式編程模式。2.4綜合應(yīng)用與例題解析第3章列表、元組、字典、集合與字符串3.1列表與列表推導(dǎo)式教學(xué)內(nèi)容：創(chuàng)建列表、使用下標(biāo)訪問列表中的元素、列表常用方法、列表推導(dǎo)式、切片操作。重點(diǎn)、難點(diǎn)：列表、元組、字符串的下標(biāo)可以是負(fù)數(shù)，列表推導(dǎo)式，切片限定的是左閉右開區(qū)間。3.2元組與生成器表達(dá)式教學(xué)內(nèi)容：元組與列表的區(qū)別、生成器表達(dá)式、序列解包。重點(diǎn)、難點(diǎn)：生成器表達(dá)式具有惰性求值特點(diǎn)，并且其中的元素只能使用一次，序列解包要求等號兩側(cè)值的數(shù)量和變量的數(shù)量必須相等。3.3字典教學(xué)內(nèi)容：字典元素訪問、字典元素修改、添加與刪除。重點(diǎn)、難點(diǎn)：字典的鍵可以作為下標(biāo)，字典的get()方法，使用字典的鍵作為下標(biāo)的賦值語句的兩種含義。3.4集合教學(xué)內(nèi)容：集合概述、集合常用方法。重點(diǎn)、難點(diǎn)：集合常用方法。3.5字符串常用方法教學(xué)內(nèi)容：encode()、format()、index()、rindex()、count()、replace()、maketrans()、translate()、ljust()、rjust()、center()、split()、rsplit()、join()、lower()、upper()、capitalize()、title()、swapcase()、startswith()、endswith()、strip()、rstrip()、lstrip()。重點(diǎn)、難點(diǎn)：字符串方法返回新的字符串或字節(jié)串，不對原字符串進(jìn)行修改。3.6綜合應(yīng)用與例題解析第4章選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、函數(shù)定義與使用4.1選擇結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容：條件表達(dá)式、單分支選擇結(jié)構(gòu)、雙分支選擇結(jié)構(gòu)、嵌套的分支結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：條件表達(dá)式與True、False的等價關(guān)系，嵌套選擇結(jié)構(gòu)的代碼縮進(jìn)。4.2循環(huán)結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容：for循環(huán)、while循環(huán)、break與continue語句。重點(diǎn)、難點(diǎn)：帶else的for循環(huán)和while循環(huán)執(zhí)行邏輯以及break語句的作用。4.3函數(shù)定義與使用教學(xué)內(nèi)容：函數(shù)定義基本語法、lambda表達(dá)式、遞歸函數(shù)、生成器函數(shù)、位置參數(shù)、默認(rèn)值參數(shù)、關(guān)鍵參數(shù)、可變長度參數(shù)、變量作用域。重點(diǎn)、難點(diǎn)：lambda表達(dá)式功能與適用場合，默認(rèn)值參數(shù)，可變長度參數(shù)的兩種形式，變量作用域。4.4綜合應(yīng)用與例題解析第5章文件操作5.1文件操作基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容：內(nèi)置函數(shù)open()、文件對象常用方法、上下文管理語句with。重點(diǎn)、難點(diǎn)：讀寫文件時會自動移動文件指針，讀寫文本文件時一定要注意編碼格式。5.2JSON文件操作教學(xué)內(nèi)容：json模塊的函數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：separators參數(shù)的作用。5.3CSV文件操作教學(xué)內(nèi)容：csv模塊的用法。重點(diǎn)、難點(diǎn)：編碼格式的影響，5.4Word、Excel、PowerPoint文件操作實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：Word、Excel、PowerPoint文件的內(nèi)容讀取。重點(diǎn)、難點(diǎn)：python-docx、openpyxl、python-pptx擴(kuò)展庫的安裝及其用法。第6章numpy數(shù)組與矩陣運(yùn)算6.1numpy數(shù)組及其運(yùn)算教學(xué)內(nèi)容：創(chuàng)建數(shù)組、測試兩個數(shù)組的對應(yīng)元素是否足夠接近、修改數(shù)組中的元素值、數(shù)組與標(biāo)量的運(yùn)算、數(shù)組與數(shù)組的運(yùn)算、數(shù)組排序、數(shù)組的內(nèi)積運(yùn)算、訪問數(shù)組中的元素、數(shù)組對函數(shù)運(yùn)算的支持、改變數(shù)組形狀、數(shù)組布爾運(yùn)算、分段函數(shù)、數(shù)組堆疊與合并。重點(diǎn)、難點(diǎn)：數(shù)組與標(biāo)量的運(yùn)算，相同形狀的數(shù)組之間的運(yùn)算，函數(shù)對數(shù)組的運(yùn)算，數(shù)組布爾運(yùn)算，分段函數(shù)。6.2矩陣生成與常用操作教學(xué)內(nèi)容：生成矩陣、矩陣轉(zhuǎn)置、查看矩陣特征、矩陣乘法、計算相關(guān)系數(shù)矩陣、計算方差、協(xié)方差、標(biāo)準(zhǔn)差。重點(diǎn)、難點(diǎn)：矩陣與數(shù)組的區(qū)別。6.3計算特征值與特征向量教學(xué)內(nèi)容：矩陣特征值與特征向量的含義，eig()函數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：矩陣特征值與特征向量的含義。6.4計算逆矩陣教學(xué)內(nèi)容：逆矩陣的計算，inv()函數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：不是所有矩陣都有逆矩陣。6.5求解線性方程組教學(xué)內(nèi)容：solve()函數(shù)。6.6計算向量和矩陣的范數(shù)教學(xué)內(nèi)容：范數(shù)的定義與含義，form()函數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：向量范數(shù)與矩陣范數(shù)的區(qū)別。6.7奇異值分解教學(xué)內(nèi)容：奇異值的定義，奇異值分解，svd()函數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：奇異值的定義，奇異值分解的意義。6.8函數(shù)向量化教學(xué)內(nèi)容：普通函數(shù)向量化。第7章pandas數(shù)據(jù)分析實(shí)戰(zhàn)7.1pandas常用數(shù)據(jù)類型教學(xué)內(nèi)容：一維數(shù)組與常用操作、時間序列與常用操作、二維數(shù)組DataFrame。重點(diǎn)、難點(diǎn)：時間序列與常用操作。7.2DataFrame數(shù)據(jù)處理與分析實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：讀取Excel文件中的數(shù)據(jù)、篩選符合特定條件的數(shù)據(jù)、查看數(shù)據(jù)特征和統(tǒng)計信息、按不同標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)排序、使用分組與聚合對員工業(yè)績進(jìn)行匯總、處理超市交易數(shù)據(jù)中的異常值、處理超市交易數(shù)據(jù)中的缺失值、處理超市交易數(shù)據(jù)中的重復(fù)值、使用數(shù)據(jù)差分查看員工業(yè)績波動情況、使用透視表與交叉表查看業(yè)績匯總數(shù)據(jù)、使用重采樣技術(shù)按時間段查看員工業(yè)績、多索引相關(guān)技術(shù)與操作、使用標(biāo)準(zhǔn)差與協(xié)方差分析員工業(yè)績、使用pandas的屬性接口實(shí)現(xiàn)高級功能、繪制各員工在不同柜臺業(yè)績平均值的柱狀圖、查看DataFrame的內(nèi)存占用情況、數(shù)據(jù)拆分與合并。重點(diǎn)、難點(diǎn)：sort_index()、sort_values()、groupby()、fillna()、diff()、pivot()、crosstab()、resample()等函數(shù)或方法的用法，聚合函數(shù)的作用，屬性接口。第8章sklearn機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)戰(zhàn)8.1機(jī)器學(xué)習(xí)基本概念教學(xué)內(nèi)容：樣本、特征、特征向量、目標(biāo)、偏差、方差、擬合、過擬合、數(shù)據(jù)泄露、有監(jiān)督學(xué)習(xí)、半監(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)、分類器、聚類器、離群點(diǎn)檢測器、預(yù)測器、損失函數(shù)、泛化、正則化等基本概念。8.2機(jī)器學(xué)習(xí)庫sklearn簡介教學(xué)內(nèi)容：擴(kuò)展庫sklearn常用模塊與對象，如何選擇合適的模型和算法。8.3線性回歸算法原理與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：線性回歸模型原理、sklearn中線性回歸模型的簡單應(yīng)用、嶺回歸原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、套索回歸Lasso基本原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、彈性網(wǎng)絡(luò)基本原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、使用線性回歸模型預(yù)測兒童身高。重點(diǎn)、難點(diǎn)：嶺回歸、套索回歸、彈性網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別，正則化的作用。8.4邏輯回歸算法原理與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：邏輯回歸算法原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、使用邏輯回歸算法預(yù)測考試能否及格。重點(diǎn)、難點(diǎn)：邏輯回歸算法算法與sklearn實(shí)現(xiàn)。8.5樸素貝葉斯算法原理與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：樸素貝葉斯算法基本概念、樸素貝葉斯算法分類原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、使用樸素貝葉斯算法對中文郵件進(jìn)行分類。重點(diǎn)、難點(diǎn)：樸素貝葉斯算法分類原理與sklearn實(shí)現(xiàn)，中文分詞，特征向量的構(gòu)造。8.6決策樹與隨機(jī)森林算法應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：決策樹算法基本概念、原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、隨機(jī)森林算法原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、使用決策樹算法判斷學(xué)員的Python水平。重點(diǎn)、難點(diǎn)：決策樹與隨機(jī)森林算法基本原理。8.7支持向量機(jī)算法原理與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：支持向量機(jī)算法基本原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、使用支持向量機(jī)對手寫數(shù)字圖像進(jìn)行分類。重點(diǎn)、難點(diǎn)：支持向量機(jī)算法基本原理及參數(shù)含義，圖像文件內(nèi)容的讀取。8.8KNN算法原理與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：KNN算法基本原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、使用KNN算法判斷交通工具類型。重點(diǎn)、難點(diǎn)：KNN算法基本原理。8.9KMeans聚類算法原理與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：KMeans聚類算法基本原理與sklearn實(shí)現(xiàn)、使用KMeans算法壓縮圖像顏色。重點(diǎn)、難點(diǎn)：KMeans聚類算法基本原理。8.10分層聚類算法原理與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：分層聚類算法原理與應(yīng)用。8.11DBSCAN算法原理與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：核心樣本、邊界樣本、噪聲樣本、密度可達(dá)等基本概念，DBSCAN算法原理與應(yīng)用。重點(diǎn)、難點(diǎn)：DBSCAN算法原理。8.12使用協(xié)同過濾算法進(jìn)行電影推薦教學(xué)內(nèi)容：協(xié)同過濾算法原理，電影推薦。重點(diǎn)、難點(diǎn)：協(xié)同過濾算法。8.13關(guān)聯(lián)規(guī)則分析原理與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：關(guān)聯(lián)規(guī)則分析原理與基本概念、使用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析演員關(guān)系。重點(diǎn)、難點(diǎn)：關(guān)聯(lián)規(guī)則分析原理。8.14數(shù)據(jù)降維教學(xué)內(nèi)容：數(shù)據(jù)降維的作用，主成分分析基本原理。重點(diǎn)、難點(diǎn)：主成分分析原理。8.15交叉驗(yàn)證與網(wǎng)格搜索教學(xué)內(nèi)容：使用交叉驗(yàn)證評估模型泛化能力、使用網(wǎng)格搜索確定模型最佳參數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：cross_val_score()函數(shù)與GridSearchCV類的用法。第9章matplotlib數(shù)據(jù)可視化實(shí)戰(zhàn)9.1數(shù)據(jù)可視化庫matplotlib基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容：matplotlib擴(kuò)展庫安裝，matplotlib繪圖一般過程。重點(diǎn)、難點(diǎn)：matplotlib擴(kuò)展庫安裝。9.2繪制折線圖實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：折線圖繪制原理，折線圖適用場景，商場優(yōu)惠活動商場收益、顧客節(jié)省情況折線圖，燒烤店營業(yè)額折線圖，plot()函數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：plot()函數(shù)參數(shù)含義。9.3繪制散點(diǎn)圖實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：散點(diǎn)圖繪制原理，散點(diǎn)圖適用場景，燒烤店營業(yè)額展示，商場內(nèi)手機(jī)信號強(qiáng)度展示，scatter()函數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：scatter()函數(shù)參數(shù)含義。9.4繪制柱狀圖實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：柱狀圖繪制原理，柱狀圖適用場景，商場各部門業(yè)績展示，燒烤店營業(yè)額柱狀圖展示，集體過馬路方式柱狀圖展示，bar()函數(shù)參數(shù)含義。重點(diǎn)、難點(diǎn)：bar()函數(shù)參數(shù)含義。9.5繪制餅狀圖實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：餅狀圖繪制原理，餅狀圖適用場景，學(xué)生成績餅狀圖展示，pie()函數(shù)參數(shù)含義。重點(diǎn)、難點(diǎn)：pie()函數(shù)參數(shù)含義。9.6繪制雷達(dá)圖實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：雷達(dá)圖繪制原理，雷達(dá)圖適用場景，學(xué)生成績分布雷達(dá)圖展示，家庭開支雷達(dá)圖展示，polar()函數(shù)參數(shù)含義。重點(diǎn)、難點(diǎn)：polar()函數(shù)參數(shù)含義。9.7繪制三維圖形實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：三維圖形繪制原理，三維折線圖與曲面圖繪制，三維柱狀圖繪制，三維散點(diǎn)圖繪制。重點(diǎn)、難點(diǎn)：三維圖形繪制原理。9.8繪圖區(qū)域切分實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：繪圖區(qū)域切分原理，創(chuàng)建三維子圖，subplot()函數(shù)參數(shù)含義。重點(diǎn)、難點(diǎn)：subplot()函數(shù)參數(shù)含義。9.9設(shè)置圖例樣式實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：圖例的作用，legend()函數(shù)參數(shù)含義，圖例位置、背景色、分欄等樣式設(shè)置。重點(diǎn)、難點(diǎn)：legend()函數(shù)參數(shù)含義。9.10事件響應(yīng)與處理實(shí)戰(zhàn)教學(xué)內(nèi)容：鼠標(biāo)進(jìn)入、移動、離開等事件的響應(yīng)與處理方