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
尊敬的考生: 您好! 我们诚挚通知您,CDA Level III 考试大纲将于 2025 年 12 月 31 日实施重大更新,并正式启用,2026年3月考 ...
2025-12-31“字如其人”的传统认知,让不少“手残党”在需要签名的场景中倍感尴尬——商务签约时的签名歪歪扭扭,朋友聚会的签名墙不敢落笔 ...
2025-12-31在多元统计分析的因子分析中,“得分系数”是连接原始观测指标与潜在因子的关键纽带,其核心作用是将多个相关性较高的原始指标, ...
2025-12-31对CDA(Certified Data Analyst)数据分析师而言,高质量的数据是开展后续分析、挖掘业务价值的基础,而数据采集作为数据链路的 ...
2025-12-31在中介效应分析(或路径分析)中,间接效应是衡量“自变量通过中介变量影响因变量”这一间接路径强度与方向的核心指标。不同于直 ...
2025-12-30数据透视表是数据分析中高效汇总、多维度分析数据的核心工具,能快速将杂乱数据转化为结构化的汇总报表。在实际分析场景中,我们 ...
2025-12-30在金融投资、商业运营、用户增长等数据密集型领域,量化策略凭借“数据驱动、逻辑可验证、执行标准化”的优势,成为企业提升决策 ...
2025-12-30CDA(Certified Data Analyst),是在数字经济大背景和人工智能时代趋势下,源自中国,走向世界,面向全行业的专业技能认证,旨 ...
2025-12-29在数据分析领域,周期性是时间序列数据的重要特征之一——它指数据在一定时间间隔内重复出现的规律,广泛存在于经济、金融、气象 ...
2025-12-29数据分析师的核心价值在于将海量数据转化为可落地的商业洞察,而高效的工具则是实现这一价值的关键载体。从数据采集、清洗整理, ...
2025-12-29在金融、零售、互联网等数据密集型行业,量化策略已成为企业提升决策效率、挖掘商业价值的核心工具。CDA(Certified Data Analys ...
2025-12-29CDA中国官网是全国统一的数据分析师认证报名网站,由认证考试委员会与持证人会员、企业会员以及行业知名第三方机构共同合作,致 ...
2025-12-26在数字化转型浪潮下,审计行业正经历从“传统手工审计”向“大数据智能审计”的深刻变革。教育部发布的《大数据与审计专业教学标 ...
2025-12-26统计学作为数学的重要分支,是连接数据与决策的桥梁。随着数据规模的爆炸式增长和复杂问题的涌现,传统统计方法已难以应对高维、 ...
2025-12-26数字化浪潮席卷全球,数据已成为企业核心生产要素,“用数据说话、用数据决策”成为企业生存与发展的核心逻辑。在这一背景下,CD ...
2025-12-26箱线图(Box Plot)作为数据分布可视化的核心工具,凭借简洁的结构直观呈现数据的中位数、四分位数、异常值等关键信息,广泛应用 ...
2025-12-25在数据驱动决策的时代,基于历史数据进行精准预测已成为企业核心需求——无论是预测未来销售额、客户流失概率,还是产品需求趋势 ...
2025-12-25在数据驱动业务的实践中,CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的核心工作,本质上是通过“指标”这一数据语言,解读业务现 ...
2025-12-25在金融行业的数字化转型进程中,SQL作为数据处理与分析的核心工具,贯穿于零售银行、证券交易、保险理赔、支付结算等全业务链条 ...
2025-12-24在数据分析领域,假设检验是验证“数据差异是否显著”的核心工具,而独立样本t检验与卡方检验则是其中最常用的两种方法。很多初 ...
2025-12-24