Python数据分析与数据挖掘

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一、课程背景

在数字经济时代,数据已成为企业和组织的核心战略资产。从互联网企业的用户行为分析到传统行业的数字化转型,从科学研究的海量数据处理到金融领域的风险预测,数据分析与挖掘能力已成为现代人才的核心竞争力。Python凭借其简洁易学的语法、丰富强大的生态库(如pandas、NumPy、scikit-learn等)以及活跃的社区支持,已成为数据科学领域的首选语言。

本课程面向对数据科学感兴趣的各专业学生与从业者,系统构建从数据采集、清洗、分析到建模挖掘的完整知识体系。课程注重理论与实践结合,通过真实数据集和行业案例,帮助学生掌握用Python解决实际数据问题的能力,为在大数据时代的数据驱动决策奠定坚实基础。

二、课程目标

1.知识目标

掌握Python数据分析与可视化的核心库的使用方法

理解数据挖掘的基本算法原理与适用场景

熟悉数据科学项目的完整工作流程与方法论

2.技能目标

能够独立完成数据采集、清洗、转换与探索性分析

能够运用统计方法和机器学习算法进行数据建模

能够使用可视化工具有效呈现数据分析结果

能够撰写专业的数据分析报告与技术文档

3.素养目标

培养数据驱动的决策思维与批判性思考能力

建立严谨的数据处理态度与伦理意识

提升解决复杂数据问题的系统性思维能力

三、学员收益

1.知识技能层面

掌握完整的工具链:熟练运用Python数据分析生态(pandas、NumPy、Matplotlib、Seaborn、scikit-learn等)

构建项目实战经验:通过多个行业案例(电商、金融、社交网络等)积累真实项目经验

获得算法应用能力:理解并能够应用回归、分类、聚类、关联分析等核心数据挖掘算法

2.职业发展层面

增强就业竞争力:获得数据分析师、数据科学家、商业分析师等高需求岗位的核心技能

构建作品集:完成可展示的数据分析项目,丰富个人作品集与GitHub仓库

获得认证准备:为考取数据分析相关职业认证(如CDA、阿里云认证等)打下基础

3.思维认知层面

建立数据思维框架:学会从数据中发现问题、分析问题、解决问题的系统性方法

提升决策质量:能够基于数据证据进行合理推断与科学决策

培养持续学习能力:掌握数据科学领域的学习路径与方法,能够自主追踪技术发展

4.实践应用层面

解决实际问题:能够将所学应用于学业研究、竞赛项目或工作实际场景

参与数据竞赛:具备参与Kaggle等数据科学竞赛的基础能力

开展数据分析项目:能够独立或团队合作完成端到端的数据分析项目

课程大纲

第1章:导论:从数据到决策
1.1 数据驱动决策的价值与数据分析生命周期
1.2 数据分析与数据挖掘的核心概念与任务
1.3 Python数据分析生态系统:NumPy, Pandas, Matplotlib, Scikit-learn
1.4 环境搭建:Anaconda与Jupyter Notebook最佳实践

第2章:数据获取与预处理基础
2.1 数据源与格式:文件(CSV, Excel, JSON)、数据库与API
2.2 Pandas核心数据结构:Series与DataFrame的创建与操作
2.3 数据清洗:处理缺失值、异常值与重复值
2.4 数据转换:数据类型转换、归一化与离散化

第3章:数据探索性分析
3.1 描述性统计:集中趋势、离散程度与分布形态
3.2 单变量与多变量可视化:直方图、箱线图、散点图矩阵
3.3 分组与聚合分析:GroupBy操作与透视表
3.4 特征间关系分析:相关性分析与热力图

第4章:数据预处理进阶与特征工程
4.1 高级数据清洗:基于规则与模型的方法
4.2 特征构造:从原始数据中创造新特征
4.3 特征选择:过滤法、包裹法与嵌入法
4.4 降维技术:主成分分析(PCA)与线性判别分析(LDA)

第5章:经典数据挖掘算法(上):监督学习
5.1 机器学习工作流:划分数据集、训练、评估与调参
5.2 线性模型:线性回归与逻辑回归
5.3 决策树与集成学习:随机森林与梯度提升树
5.4 模型评估:准确率、精确率、召回率、ROC曲线与交叉验证