《Python數(shù)據(jù)分析》實驗教學(xué)大綱

課程代碼308000012課程名稱Python數(shù)據(jù)分析適用專業(yè)軟件工程先修課程Python語言程序設(shè)計實驗性質(zhì)非獨(dú)立設(shè)課開設(shè)學(xué)期第5學(xué)期實驗方式上機(jī)操作周數(shù)（學(xué)時）24學(xué)分1學(xué)分課程目標(biāo)（1）職業(yè)規(guī)范與道德修養(yǎng)：通過學(xué)習(xí)Python數(shù)據(jù)分析的理論和實踐知識，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任意識。使學(xué)生意識到數(shù)據(jù)的安全性將直接影響到社會的利益和公共利益，作為數(shù)據(jù)分析師應(yīng)該擔(dān)負(fù)起相應(yīng)的責(zé)任，并以人民的利益為中心，始終堅守法律法規(guī)、倫理道德和職業(yè)操守。（2）知識應(yīng)用能力：能夠運(yùn)用Python有關(guān)數(shù)據(jù)分析的常用類庫，對收集來的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計算、統(tǒng)計分析和可視化繪圖，從而提取出有用的信息，為科學(xué)、客觀的決策提供積極性的幫助。（3）問題分析能力：能夠根據(jù)Python數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，預(yù)測未來發(fā)展的趨勢，提出改進(jìn)的方案以規(guī)避風(fēng)險。（4）設(shè)計能力：能夠設(shè)計符合企業(yè)或個人業(yè)務(wù)需求的數(shù)據(jù)分析方案，并能夠在科學(xué)計算、統(tǒng)計分析和可視化繪圖環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，具備開發(fā)簡單項目的能力。（5）溝通能力：能夠和企業(yè)或個人業(yè)務(wù)方進(jìn)行有效的溝通，了解業(yè)務(wù)部門的工作流程、評價標(biāo)準(zhǔn)等，從而在解讀數(shù)據(jù)時能夠更貼近業(yè)務(wù)的思路，對其提出的建議和需求提供更好的數(shù)據(jù)分析方案。（6）終身學(xué)習(xí)能力：能夠跟蹤大數(shù)據(jù)技術(shù)前沿，持續(xù)提高加工和應(yīng)用數(shù)據(jù)的能力，不斷拓展數(shù)據(jù)的應(yīng)用方法，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评硇纬上胍臎Q策支持和產(chǎn)品化的應(yīng)用；提升職業(yè)素養(yǎng)，適應(yīng)數(shù)據(jù)分析行業(yè)及相關(guān)職業(yè)發(fā)展。教學(xué)要求（1）能夠理解數(shù)據(jù)分析技術(shù)體系和主要技術(shù)；（2）能夠綜合運(yùn)用Python與數(shù)據(jù)分析基本知識對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和可視化繪圖；（3）掌握綜合分析能力，解決專業(yè)相關(guān)實際問題；（4）通過討論、實驗實訓(xùn)、撰寫報告等方式提升有效溝通；（5）理解并遵守數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的職業(yè)道德和規(guī)范。一、實驗的性質(zhì)、目的和任務(wù)1.實驗性質(zhì)本課程的實驗性質(zhì)是非獨(dú)立設(shè)置實驗課，在實驗實訓(xùn)室中采用上機(jī)操作進(jìn)行。2.主要目的本課程培養(yǎng)學(xué)生使用Python技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的能力。Python數(shù)據(jù)分析的主要庫有：NumPy、Pandas、Matplotlib、jieba。3.主要任務(wù)（1）熟悉Python數(shù)據(jù)分析環(huán)境搭建。（2）掌握NumPy、Pandas、Matplotlib、jieba的主要函數(shù)作用和使用。（3）應(yīng)用NumPy、Pandas、Matplotlib、jieba庫解決實際問題。二、實驗的基本內(nèi)容和要求序號實驗項目天數(shù)（學(xué)時數(shù)）實驗屬性內(nèi)容與要求1Python數(shù)據(jù)分析環(huán)境搭建2驗證性內(nèi)容：（1）搭建Python數(shù)據(jù)分析環(huán)境；（2）使用相關(guān)開發(fā)工具完成簡單程序的編寫。要求：（1）掌握Python數(shù)據(jù)分析環(huán)境搭建；（2）掌握開發(fā)工具的基本使用。2科學(xué)計算庫Numpy4驗證性內(nèi)容：（1）創(chuàng)建矩陣；（2）索引與切片；（3）數(shù)組操作；（4）數(shù)組運(yùn)算；（5）線性代數(shù)運(yùn)算。要求：（1）掌握NumPy數(shù)組的創(chuàng)建、操作；（2）掌握NumPy數(shù)組的索引和切片；（3）掌握NumPy數(shù)組的運(yùn)算；（4）掌握NumPy數(shù)組的線性代數(shù)運(yùn)算。3數(shù)據(jù)分析工具Pandas4驗證性內(nèi)容：（1）DataFrame的創(chuàng)建和行列操作；（2）DataFrame的高級索引；（3）Pandas數(shù)據(jù)運(yùn)算；（4）統(tǒng)計函數(shù)；（5）層次劃索引；（6）讀寫數(shù)據(jù)操作。要求：（1）掌握DataFrame數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建和基本使用；（2）掌握讀寫外部數(shù)據(jù)的方法；（3）掌握DataFrame的高級索引函數(shù)；（4）掌握Pandas的數(shù)據(jù)運(yùn)算，包括算術(shù)運(yùn)算、函數(shù)映射、排序、迭代等運(yùn)算，以及統(tǒng)計函數(shù)。4數(shù)據(jù)預(yù)處理4驗證性內(nèi)容：（1）數(shù)據(jù)清洗：重復(fù)值清洗、缺失值清洗、檢測異常值；（2）數(shù)據(jù)合并連接和重塑；（3）數(shù)據(jù)變換：虛擬變量、連續(xù)屬性離散化、規(guī)范化。要求：（1）掌握重復(fù)值、缺失值和異常值的檢測與處理方法，能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行清洗；（2）掌握數(shù)據(jù)的合并、連接和重塑，能夠根據(jù)計算、分析需要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理；（3）掌握常用數(shù)據(jù)變換的方法，能夠根據(jù)分析需要和數(shù)據(jù)特點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行變換。5數(shù)據(jù)聚合和分組運(yùn)算2驗證性內(nèi)容：（1）通過groupby()方法將數(shù)據(jù)拆分成組；（2）數(shù)據(jù)聚合；（3）分組級運(yùn)算。要求：（1）掌握groupby()方法，可以按照不同的規(guī)則進(jìn)行分組；（2）掌握聚合操作，會使用統(tǒng)計方法和聚合方法聚合數(shù)據(jù)；（3）掌握其他分組級運(yùn)算方法的使用。6數(shù)據(jù)可視化4驗證性內(nèi)容：（1）Matplotlib繪制圖表；（2）Seaborn繪制統(tǒng)計圖形；（3）Bokeh交互式可視化庫。要求：（1）掌握Matplotlib繪制圖表的常用方法，主要包括創(chuàng)建畫布、創(chuàng)建單個和多個子圖、添加和選中子圖、添加各類標(biāo)簽、繪制常見圖表、本地保存圖形；（2）了解seaborn的基本使用。7時間序列分析2設(shè)計性內(nèi)容：（1）時間序列的基本操作；（2）固定頻率的時間序列；（3）時間周期及計算；（4）重采樣；（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計-滑動窗口。要求：（1）能夠創(chuàng)建時間序列對象；（2）能夠使用時間戳索引和切片選取子集；（3）學(xué)會創(chuàng)建固定頻率的時間序列，能夠調(diào)整時間序列的頻率；（4）掌握Period（時期），轉(zhuǎn)換時期的頻率；（5）掌握重采樣，實現(xiàn)降采樣和升采樣；（6）熟悉滑動窗口的使用。8文本數(shù)據(jù)分析2設(shè)計性內(nèi)容：（1）文本數(shù)據(jù)分析工具；（2）文本預(yù)處理；（3）文本情感分析；（4）文本相似度；（5）文本分類。要求：（1）掌握安裝和使用NLTK與jieba工具的方法；（2）掌握文本預(yù)處理的流程；（3）能夠用NLTK分析情感傾向；（4）能夠結(jié)合NLTK與余弦相似度實現(xiàn)相似度分析；（5）能夠結(jié)合NLTK與算法對文本進(jìn)行分類。合計24三、主要儀器設(shè)備及材料多媒體計算機(jī)、、課程相關(guān)軟件（Pycharm、Windows）。四、實驗的考核辦法實驗考核內(nèi)容主要分為：實驗過程、實驗代碼和實驗報告三部分。實驗過程考核主要考查學(xué)生課程出勤、實驗態(tài)度、實驗任務(wù)完成情況、實驗過程中分析問題和解決問題的能力等方面；實驗代碼考核主要考查學(xué)生編寫代碼的規(guī)范性、正確性和代碼質(zhì)量等方面；實驗報告考核主要是考查實驗報告內(nèi)容的完整性、正確性和規(guī)范性等方面。以上三部分分別占三分之一的分?jǐn)?shù)。五、指導(dǎo)書與參考資料指導(dǎo)書：《Python數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用（第2版）》，曾文權(quán)主編，\o"人民郵電出版社"人民郵電出版社，2022年8月第2版。參考資料：1、中國大學(xué)MOOC，Python數(shù)據(jù)分析/course/terms/1461654457.htm?from