京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
作者 | 刘顺祥
来源 | 数据分析1480
前言
在《Python数据清洗(一):类型转换和冗余数据删除》中分享了有关数据类型转换和冗余信息删除的两个知识点,接下来继续讲解缺失值的识别和处理办法。缺失值指的是由于人为或机器等原因导致数据记录的丢失或隐瞒,缺失值的存在一定程度上会影响后续数据分析和挖掘的结果,所以对他的处理将显得尤为重要。
缺失值的识别
判断一个数据集是否存在缺失观测,通常从两个方面入手,一个是变量的角度,即判断每个变量中是否包含缺失值;另一个是数据行的角度,即判断每行数据中是否包含缺失值。关于缺失值的判断可以使用isnull方法。下面使用isnull方法对data3数据(数据可至中---下载)进行判断,统计输出的结果如下表所示。
# 判断各变量中是否存在缺失值data3.isnull().any(axis = 0)# 各变量中缺失值的数量data3.isnull().sum(axis = 0)# 各变量中缺失值的比例data3.isnull().sum(axis = 0)/data3.shape[0]
如上结果所示,数据集data3中有三个变量存在缺失值,即gender、age和edu,它们的缺失数量分别为136、100和1,927,缺失比例分别为4.53%、3.33%和64.23%。
需要说明的是,判断数据是否为缺失值NaN,可以使用isnull“方法”,它会返回与原数据行列数相同的矩阵,并且矩阵的元素为bool类型的值,为了得到每一列的判断结果,仍然需要any“方法”(且设置“方法”内的axis参数为0);统计各变量的缺失值个数可以在isnull的基础上使用sum“方法”(同样需要设置axis参数为0);计算缺失比例就是在缺失数量的基础上除以总的样本量(shape方法返回数据集的行数和列数,[0]表示取出对应的数据行数)。
读者可能对代码中的“axis=0”感到困惑,它代表了什么?为什么是0?是否还可以写其他值?下面通过图表的形式来说明axis参数的用法:
假设上图为学生的考试成绩表,如果直接对成绩表中的分数进行加和操作,得到的是所有学生的分数总和(很显然没有什么意义),如果按学生分别计算总分,将是上图从左到右的转换。该转换的特征是列数发生了变化(可以是列数减少,也可以是列数增多),类似于在水平方向上受了外部的压力或拉力,这样的外力就理解为轴axis为1的效果(便于理解,可以想象为飞机在有动力的情况下,可以保持水平飞行状态)。
同样对于如上的学生成绩表,如果直接对成绩表中的分数计算平均值,得到的是所有学生的平均分数(很显然也没有什么意义),如果按学科分别计算平均分,将是上图中从上到下的转换。该转换的特征是行数发生了变化(可以是行数减少,也可以是行数增多),类似于在垂直方向上受了外部的挤压或拉伸,这样的外力就理解为轴axis为0的效果(便于理解,可以想象为飞机在没有动力的情况下,呈下降趋势)。
如上是关于变量方面的缺失值判断过程,还可以利用下方的代码识别数据行的缺失值分布情况:
# 判断数据行中是否存在缺失值
如上结果所示,返回True值,说明data3中的数据行存在缺失值。代码中使用了两次any“方法”,第一次用于判断每一行对应的True(即行内有缺失值)或False值(即行内没有缺失值);第二次则用于综合判断所有数据行中是否包含缺失值。同理,进一步还可以判断缺失行的具体数量和占比,代码如下:
# 缺失观测的行数data3.isnull().any(axis = 1).sum()# 缺失观测的比例data3.isnull().any(axis = 1).sum()/data3.shape[0]
如上结果所示,3000行的数据集中有2024行存在缺失值,缺失行的比例约67.47%。不管是变量角度的缺失值判断,还是数据行角度的缺失值判断,一旦发现缺失值,都需要对其作相应的处理,否则一定程度上都会影响数据分析或挖掘的准确性。
缺失值的处理办法
通常对于缺失值的处理,最常用的方法无外乎删除法、替换法和插补法。删除法是指将缺失值所在的观测行删除(前提是缺失行的比例非常低,如5%以内),或者删除缺失值所对应的变量(前提是该变量中包含的缺失值比例非常高,如70%左右);替换法是指直接利用缺失变量的均值、中位数或众数替换该变量中的缺失值,其好处是缺失值的处理速度快,弊端是易产生有偏估计,导致缺失值替换的准确性下降;插补法则是利用有监督的机器学习方法(如回归模型、树模型、网络模型等)对缺失值作预测,其优势在于预测的准确性高,缺点是需要大量的计算,导致缺失值的处理速度大打折扣。下面将选择删除法、替换法和插补法对缺失值进行处理,代码如下:
# 删除字段 -- 如删除缺失率非常高的edu变量data3.drop(labels = 'edu', axis = 1, inplace=True)# 数据预览data3.head()
如上结果所示,表中的edu变量已被成功删除。对于字段的删除可以选择drop“方法”,其中labels参数用于指定需要删除的变量名称,如果是多个变量,则需要将这些变量名称写在一对中括号内(如['var1','var2','var3']);删除变量一定要设置axis参数为1,因为变量个数发生了变化(所以,借助于axis参数也可以删除观测行啦);inplace则表示是否原地修改,即是否直接将原表中的字段进行删除,这里设置为True,如果设置为False,则将删除变量的预览效果输出来,而非真正改变原始数据。
# 删除观测,-- 如删除age变量中所对应的缺失观测data3_new = data3.drop(labels = data3.index[data3['age'].isnull()],
axis = 0)# 查看数据的规模data3_new.shapeout:(2900, 5)
如上结果所示,利用drop“方法”实现了数据行的删除,但必须将axis参数设置为0,而此时的labels参数则需要指定待删除的行编号。这里的行编号是借助于index“方法”(用于返回原始数据的行编号)和isnull“方法”(用于判断数据是否为缺失状态,如果是缺失则返回True)实现的,其逻辑就是将True对应的行编号取出来,传递给labels参数。
如果变量的缺失比例非常大,或者缺失行的比例非常小时,使用删除法是一个不错的选择,反之,将会丢失大量的数据信息而得不偿失。接下来讲解如何使用替换法处理缺失值,代码如下:
# 替换法处理缺失值data3.fillna(value = {'gender': data3['gender'].mode()[0],
# 使用性别的众数替换缺失性别 'age':data3['age'].mean()
# 使用年龄的平均值替换缺失年龄 }, inplace = True # 原地修改数据 )
# 再次查看各变量的缺失比例data3.isnull().sum(axis = 0)
如上结果所示,采用替换法后,原始数据中的变量不再含有缺失值。缺失值的填充使用的是fillna“方法”,其中value参数可以通过字典的形式对不同的变量指定不同的值。需要强调的是,如果计算某个变量的众数,一定要使用索引技术,例如代码中的[0],表示取出众数序列中的第一个(我们知道,众数是指出现频次最高的值,假设一个变量中有多个值共享最高频次,那么Python将会把这些值以序列的形式存储起来,故取出指定的众数值,必须使用索引)。
正如前文所说,虽然替换法思想简单、效率高效,但是其替换的值往往不具有很高的准确性,于是出现了插补方法。该方法需要使用机器学习算法,不妨以KNN算法为例,对Titanic数据集中的Age变量做插补法完成缺失值的处理。代码如下:
# 读取数据titanic = pd.read_csv('Titanic.csv')# 删除缺失严重的Cabin变量titanic.drop(labels='Cabin', axis = 1,
inplace=True)# 根据Embarked变量,删除对应的缺失行titanic.dropna(subset=['Embarked'], inplace=True)
# 删除无关紧要的变量(这些变量对后面预测年龄没有太多的帮助)
titanic.drop(labels=['PassengerId','Name','Ticket','Embarked'], axis = 1, inplace=True)
# 将字符型的性别变量映射为数值变量titanic.Sex = titanic.Sex.map({'male':1, 'female':0})
# 将数据拆分为两组,一是年龄缺失组,二是年龄非缺失组,后续基于非缺失值构建KNN模型,再对缺失组做预测
nomissing = titanic.loc[~titanic.Age.isnull(),]missing = titanic.loc[titanic.Age.isnull(),]
# 导入机器学习的第三方包from sklearn import neighbors
# 提取出所有的自变量X = nomissing.columns[nomissing.columns != 'Age']
# 构建模型knn = neighbors.KNeighborsRegressor()
# 模型拟合knn.fit(nomissing[X], nomissing.Age)
# 年龄预测pred_age = knn.predict(missing[X])
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在数据统计分析、数据清洗、异常值识别与数据分布研究中,箱型图是最直观、高效、专业的可视化分析工具。相较于柱状图、折线图仅 ...
2026-05-29Tkinter是Python内置的标准GUI图形界面库,具备无需额外安装、调用简单、兼容性强、轻量化高效等优势,是Python快速开发桌面小程 ...
2026-05-29 很多分析师在设计标签时思路清晰,但真到落地环节却面临“数据在手,不知如何转化为可用标签”的困境:或因加工方式选择不当 ...
2026-05-29【核心关键词】大数据、经理、专业、金融、客户、传统、建模、数据产品、互联网金融、产品经理、数据分析、金融行业、数据模型 ...
2026-05-28 很多分析师每天和数据打交道,但当被问到“标签是什么”“标签和指标有什么区别”“标签体系如何设计”时,却常常答不上来。 ...
2026-05-28随着大数据技术的快速普及,各行各业积累了海量的用户数据、交易数据、生产数据与行为数据。单纯的数据统计与报表分析只能呈现表 ...
2026-05-28在Python网络请求、接口测试、数据爬取、业务对接开发中,Requests库是最简洁、最高效的HTTP请求工具,凭借简洁的语法、完善的适 ...
2026-05-272025 年,零售与服务行业的竞争已从 “经验驱动” 全面转向 “数据驱动”。中小企业门店普遍面临数据零散、分析浅层、决策凭感觉 ...
2026-05-27 很多数据分析师每天都在写SQL,但当被问到“数据查询语言(DQL)的本质是什么”“SELECT语句中各子句的书写顺序与实际执行顺 ...
2026-05-27在统计学分析、实验研究、业务数据复盘过程中,单因素方差分析是检验自变量对因变量是否存在显著影响的核心方法。其中,两个水平 ...
2026-05-26【核心关键词】算法、客户、大数据、互联网、调优、建模、模型优化、机器学习、评分卡模型、模型开发、智能风控、业务场景、数 ...
2026-05-26 很多数据分析师写过无数个 SELECT,但当被问到“新建一张表,该如何定义字段类型来保证数据质量”“创建视图和存储物理表有 ...
2026-05-26在数据清洗、统计分析与数据质量检测工作中,箱型图(又称箱线图、Box Plot)是最直观、最高效的可视化分析工具之一。相较于柱状 ...
2026-05-25在大数据分析、数据清洗、质量管控、风险监测等领域,异常数据识别是保障数据质量、确保分析结论精准、规避业务决策失误的核心基 ...
2026-05-25 很多数据分析师精通Excel函数和透视表,但当被问到“数据从哪里来”“表和视图有什么区别”“数据库管理系统和SQL是什么关系 ...
2026-05-25数字化经营时代,企业的市场竞争早已从经验决策转向数据决策。门店营收、用户转化、产品销量、成本损耗、存量资产等所有经营行为 ...
2026-05-22在MySQL数据库日常运维、业务数据校验、数据迁移与数据清洗场景中,自增主键ID的连续性校验是一项基础且关键的工作。MySQL的Auto ...
2026-05-22 很多企业团队并非缺乏指标,而是陷入“指标失控”:仪表盘上堆满实时跳动的数据,却无法回答“当前瓶颈在哪、下一步该做什么 ...
2026-05-22【核心关键词】大数据、可视化、存储、架构、客户、离线、产品、同步、实时、数据仓库、数据分析、数据可视化、存储数据、离线 ...
2026-05-21在电商流量红利消退、公域获客成本持续走高的当下,存量用户深度挖掘已成为店铺增收增效的核心抓手。相较于付费投放获取的陌生新 ...
2026-05-21