数据科学与分析:Python语言实现

数据科学与分析:Python语言实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:机械工业出版社
作者:[英] 赫苏斯·罗格尔-萨拉查(Jesús Rogel-Salazar)
出品人:
页数:236
译者:
出版时间:
价格:69元
装帧:平装-胶订
isbn号码:9787111623175
丛书系列:
图书标签:
  • Python
  • 机器学习
  • data
  • 数据科学
  • Python
  • 数据分析
  • 机器学习
  • 统计学
  • 数据可视化
  • Pandas
  • NumPy
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  • 数据挖掘
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具体描述

跨越编程与统计的桥梁:深度探索现代数据分析的基石与实践 本书聚焦于数据科学领域的核心理论框架、前沿统计方法论以及高效的软件工程实践,旨在为读者提供一套全面、深入且实用的知识体系,以应对复杂多变的数据挑战。 本书结构严谨,内容涵盖从数据生命周期的基础构建到高级建模与部署的完整流程。我们避开了对特定编程语言库(如Python中的特定数据分析库)的系统性复述,而是将重点放在支撑这些工具背后的数学原理、统计推断的严谨性以及面向业务问题的结构化思维上。 第一部分:数据科学的哲学与基础结构 本部分奠定了数据科学研究的理论基石,探讨了数据驱动决策的伦理考量与研究范式。 1. 数据科学方法论的演进与范式转换: 深入剖析了从传统统计学(Classical Statistics)到现代数据科学(Modern Data Science)的理论演进。重点讨论了在“大样本”(Big N)时代,频率学派(Frequentist)与贝叶斯学派(Bayesian)在模型构建与解释上的差异与互补性。我们将详细考察数据科学在科学研究、商业智能以及社会工程中的角色定位,强调“提问的艺术”——如何将模糊的业务需求转化为可量化、可验证的科学问题。 2. 概率论与随机过程的深度回顾: 本书对概率论的阐述侧重于其在复杂系统建模中的应用。我们不仅仅是回顾概率密度函数和期望值,而是着重分析高维随机变量的联合分布特性、马尔可夫链(Markov Chains)的收敛性分析,以及它们如何被用于模拟时间序列的动态行为和复杂网络的演化。重点讨论了中心极限定理(Central Limit Theorem)在保证模型泛化能力中的作用,以及如何利用条件概率来构建更精细的因果推断框架。 3. 线性代数:算法背后的几何直觉: 本章将线性代数的应用提升到算法设计的层面。我们不再将矩阵视为简单的数字矩形,而是将其理解为高维空间中的线性变换。详细解析了特征值分解(Eigendecomposition)、奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)在降维技术(如主成分分析的理论基础)中的几何意义。讨论了矩阵的秩(Rank)与解空间的唯一性之间的关系,为理解优化算法(如梯度下降的收敛性)提供了坚实的代数基础。 第二部分:统计推断与模型构建的精要 本部分聚焦于如何从观察数据中提取可靠的、可泛化的知识,强调模型评估的稳健性。 4. 经典统计建模与假设检验的批判性审视: 详细探讨了线性回归模型的假设(同方差性、残差正态性等)及其违反后的后果。我们侧重于如何运用稳健的统计方法来处理异方差性和自相关性,例如广义最小二乘法(GLS)。在假设检验部分,我们将深入分析I型错误和II型错误的权衡,讨论功效分析(Power Analysis)的重要性,并引入非参数检验方法(如Wilcoxon秩和检验)以应对分布未知的场景。 5. 广义线性模型(GLM)及其扩展: GLM是连接经典线性模型与更复杂分布(如泊松分布、二项分布)的关键桥梁。本书深入剖析了指数族分布(Exponential Family Distributions)的特性,详细阐述了Logit和Probit模型的推导过程。同时,我们将介绍生存分析中的Cox比例风险模型(Cox Proportional Hazards Model),探讨其在事件发生时间建模中的独特优势,以及如何处理截尾数据。 6. 贝叶斯统计推断的实践哲学: 本章完全侧重于贝叶斯方法的理论内核。讨论了先验分布的选择(无信息、弱信息、强信息先验)如何影响后验结果,以及贝叶斯因子(Bayes Factor)在模型选择中的应用。我们将着重介绍马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法的理论基础,包括Metropolis-Hastings算法和Gibbs采样,分析其收敛诊断指标(如Gelman-Rubin统计量)的实际意义,而非仅仅停留在代码实现层面。 第三部分:面向高维数据的结构化学习与预测 本部分转向现代预测建模,侧重于处理数据复杂度与模型复杂度带来的挑战。 7. 维度灾难与正则化理论: 探讨了在高维数据(p远大于n)背景下模型过拟合的内在机制。重点解析了Lasso(L1)和Ridge(L2)正则化的数学动机,它们如何通过惩罚系数来影响参数估计的偏差与方差的权衡。更进一步,我们将考察弹性网络(Elastic Net)的优势,以及交叉验证(Cross-Validation)在选择最优正则化强度(Lambda)时的理论依据与局限性。 8. 非参数回归与平滑技术: 介绍不依赖于特定函数形式(如线性或多项式)的建模方法。详细讨论核平滑(Kernel Smoothing)和局部加权回归(LOESS)的原理,解释核函数(Kernel Function)的选择对平滑程度的影响。此外,将介绍样条回归(Spline Regression),特别是自然样条(Natural Splines)在处理非线性趋势时的灵活性与插值稳定性。 9. 判别分析与分类模型的理论基础: 本章区分了基于概率的分类(如贝叶斯分类器)与基于间隔最大化的分类(如支持向量机)。深度解析支持向量机(SVM)的优化目标——最大化间隔的几何解释,以及核技巧(Kernel Trick)如何在高维特征空间中实现非线性决策边界。同时,探讨了逻辑回归作为一种概率判别模型的地位及其与线性分类器的联系。 第四部分:系统评估与模型部署的工程视角 本部分关注如何科学地评估模型的性能,以及如何将模型转化为可操作的系统组件。 10. 预测模型性能的评估指标体系: 超越单一的准确率(Accuracy),本章构建了一个多维度的评估框架。详述了混淆矩阵(Confusion Matrix)的各个要素如何导向精确率(Precision)、召回率(Recall)和F1分数。重点分析了ROC曲线(Receiver Operating Characteristic)和AUC(Area Under the Curve)的统计意义,讨论了在使用不平衡数据集时,这些指标的局限性与替代方案(如PR曲线)。 11. 偏差与方差的深入剖析: 将模型评估提升到理论层面,详细推导了模型的总误差可以分解为偏差(Bias)、方差(Variance)和不可约误差(Irreducible Error)。通过理论模型(如偏差-方差权衡图示),指导读者如何诊断模型是欠拟合(高偏差)还是过拟合(高方差),并据此选择恰当的正则化、增加特征或简化模型结构。 12. 模型的可解释性与因果推断的初步: 在模型进入实际应用前,理解其决策逻辑至关重要。本章介绍了解释黑箱模型的定量方法,例如特征重要性排序的理论基础。更进一步,引入了结构化因果模型(SCM)的基本概念,探讨如何设计实验或利用观察数据识别变量间的因果关系,区分“相关性”与“因果性”这一数据科学中最根本的挑战。 本书通过强调这些底层原理和方法论的严谨性,为读者构建了一个坚实的数据科学思维框架,使其能够独立评估、选择并设计最适合特定数据挑战的分析策略。

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这本书的叙述方式,就像一位经验丰富的老船长,在你扬帆起航驶入数据海洋之前,先为你的船只进行全方位的检查和维护。我特别欣赏作者在介绍Python基础知识时所展现的深度与广度。他没有停留在“Hello, World!”的初级阶段,而是迅速切入到Python在数据处理和分析中至关重要的库,比如NumPy和Pandas。对我而言,NumPy的数组操作和数学函数,简直是打开了数据运算的新世界,各种向量化操作让原本繁琐的循环计算变得无比高效。而Pandas,更是数据处理的瑞士军刀,DataFrame的结构,以及它提供的各种数据筛选、排序、合并、重塑等功能,极大地简化了我处理真实世界复杂数据集的难度。作者在讲解这些库时,总是结合实际的例子,比如如何读取CSV文件,如何处理缺失值,如何进行分组聚合。这些例子并非凭空捏造,而是从实际工作中提炼出来的典型场景,让我能够立刻将学到的知识应用到自己的练习中。而且,他并没有止步于介绍API的使用,而是深入剖析了这些操作背后的原理,比如DataFrame的索引机制,以及Series和DataFrame之间的关系。这种“知其然,更知其所以然”的讲解方式,让我对Python在数据科学领域的应用有了更深刻的理解,也让我对未来的学习充满了信心。我甚至已经开始尝试着将书中讲解的方法应用到我正在进行的一些小型数据分析项目中,效果显著,让我感受到了数据科学的魅力。

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这本书在算法讲解方面,展现了一种化繁为简的智慧。我一直对机器学习中的各种算法感到既好奇又畏惧,觉得它们是遥不可及的数学黑魔法。然而,作者在《数据科学与分析:Python语言实现》中,以一种极其有条理的方式,逐步引导我进入了这个神奇的领域。他没有一开始就抛出复杂的数学公式,而是从最基础的线性回归开始,用通俗易懂的语言解释了模型的工作原理,以及它在解决实际问题中的应用。然后,他循序渐进地介绍了逻辑回归、决策树、支持向量机等经典算法,并且每一个算法都配以详细的Python代码实现和具体的应用案例。最让我惊喜的是,作者在讲解过程中,始终强调了算法的选择、调优和评估。他详细解释了过拟合和欠拟合的概念,以及如何通过交叉验证、正则化等技术来提高模型的泛化能力。这让我明白,算法的学习不仅仅是掌握代码,更是理解其内在的逻辑和局限性。书中对模型评估指标的讲解也十分到位,例如准确率、精确率、召回率、F1分数等,并且解释了在不同场景下应该如何选择合适的评估指标。这种全面而深入的讲解,让我对机器学习的理解不再停留在表面,而是能够真正掌握其精髓,并开始尝试用它们来解决我自己的数据问题。

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这本书在引导读者进行持续学习和自我提升方面,展现了一种“授人以渔”的智慧。读完《数据科学与分析:Python语言实现》的大部分内容后,我并没有觉得学习就此结束,反而感觉像是在一座巨大的图书馆门口,而这本书给了我一把解锁其中无数宝藏的钥匙。《数据科学与分析:Python语言实现》在章节的末尾,常常会提供进一步学习的资源,例如相关的学术论文、开源项目、在线课程和社区论坛。它鼓励读者去探索更高级的算法,去了解最新的技术发展,去参与到实际的数据科学项目中。作者在书中反复强调了“实践出真知”的重要性,并鼓励读者利用书中提供的代码和思路,去解决自己感兴趣的问题。我尤其欣赏作者在书中渗透的“批判性思维”的培养。他不仅仅是给出“正确答案”,更重要的是引导读者去思考“为什么这是正确答案”,以及“在什么情况下它可能不正确”。这种鼓励独立思考和探索的精神,让我意识到,数据科学的学习是一个持续不断的过程,需要我们保持好奇心和求知欲。这本书的价值,不仅在于它传授的知识本身,更在于它激发了我成为一名终身学习者的热情和动力。它让我明白,技术在不断发展,只有不断学习,才能跟上时代的步伐,在数据科学的道路上走得更远。

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阅读《数据科学与分析:Python语言实现》的过程,与其说是在学习一门技术,不如说是在进行一次思维的重塑。这本书在处理数据可视化这一环节,展现了作者对美学与实用的深刻理解。他没有简单罗列Matplotlib或Seaborn的使用技巧,而是首先强调了“为什么”要进行数据可视化。作者通过一系列精心挑选的图表示例,生动地说明了如何通过视觉化的方式,将抽象的数据转化为直观的洞察。我尤其被作者对不同图表类型选择的讲解所吸引,例如,何时使用折线图来展示趋势,何时使用散点图来揭示变量之间的关系,何时使用柱状图来比较不同类别。他不仅仅是告诉你“怎么画”,更重要的是告诉你“为什么这样画”以及“这样画好在哪里”。他详细阐述了颜色、标签、标题、图例等可视化元素的最佳实践,以及如何避免常见的误导性可视化。这让我明白,好的可视化不仅仅是把数据“画出来”,更是要让数据“说话”,并且是以一种清晰、准确、有说服力的方式。这本书还鼓励我们尝试不同的可视化库,并且将它们结合起来使用,这为我打开了更广阔的视野。我发现,通过有效的可视化,我能够更快地发现数据中的模式、异常值和潜在的关联,甚至能够将复杂的分析结果清晰地传达给非技术背景的观众。这种能力,在我看来,是数据科学家不可或缺的核心竞争力之一。

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《数据科学与分析:Python语言实现》在统计学基础知识的融合方面,做得尤为出色。在我之前的学习过程中,统计学往往被视为一个相对独立的学科,与编程和算法有一定的距离。然而,这本书巧妙地将统计学原理融入到数据分析的每一个环节,让我深刻理解了统计学在数据科学中的不可或缺性。作者在介绍数据探索性分析(EDA)时,就充分利用了描述性统计和推断性统计的工具。他详细讲解了如何计算均值、中位数、方差、标准差等统计量,以及如何通过直方图、箱线图等可视化工具来理解数据的分布特征。更重要的是,他引入了假设检验的概念,比如如何通过 t 检验来比较两组数据的均值是否存在显著差异,或者如何通过卡方检验来分析两个分类变量之间的关联性。这些统计学方法,不仅仅是理论的陈述,作者还通过Python代码示例,清晰地展示了如何利用SciPy等库来实现这些统计分析。这让我明白,数据分析不仅仅是“跑模型”,更是要基于严谨的统计学原理,去理解数据的内在规律,并做出有据可陈的判断。这本书的讲解方式,有效地弥合了统计学与数据科学之间的隔阂,让我能够更全面、更深入地理解数据分析的全貌。

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这本书在深度学习的初步探索方面,为我打开了一扇通往更广阔领域的大门。虽然我的主要学习目标是数据科学与分析,但我深知深度学习在现代人工智能领域的重要性。《数据科学与分析:Python语言实现》并没有将深度学习作为本书的重点,但作者在有限的篇幅中,却提供了一个非常精彩的引子。他简要介绍了神经网络的基本概念,包括神经元、激活函数、前向传播和反向传播等核心原理,并且选择了TensorFlow或PyTorch这样的主流深度学习框架进行演示。我特别欣赏作者在讲解深度学习时,仍然保持了他一贯的“循序渐进”的风格,没有一开始就抛出复杂的网络结构,而是从最简单的感知机模型开始,逐步引向多层感知机。他通过构建一个简单的图像分类任务(例如MNIST数据集),展示了如何使用深度学习模型来解决实际问题。这种“浅尝辄止”但又不失专业性的讲解,让我对深度学习产生浓厚的兴趣,也为我将来深入学习该领域奠定了基础。它让我明白,即使是对深度学习这样复杂的领域,也可以通过合理的方法和清晰的逻辑,将其中的核心概念梳理清楚,并进行初步的实践。

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刚刚翻开《数据科学与分析:Python语言实现》的扉页,一股沉甸甸的学术气息扑面而来,那精心设计的封面,简洁却不失内涵,仿佛预示着里面蕴藏着一座知识的宝库。我是一名刚接触数据科学领域的学生,对于复杂的理论和抽象的概念总是感到一丝迷茫。然而,这本书的开篇导言,用一种极其平易近人的方式,勾勒出了数据科学的宏大图景,以及Python在其中扮演的关键角色。作者并没有一开始就抛出晦涩难懂的算法,而是从数据是什么、数据从哪里来、以及我们为什么要进行数据分析这些最基本的问题切入,循循善诱,让我很快就找到了学习的方向。它没有直接给我答案,而是教会我如何提出问题,如何用一种更系统、更有条理的方式去思考数据背后的逻辑。阅读过程中,我时常会停下来,反复咀嚼那些看似简单的句子,因为我能感受到其中蕴含的深邃思考。例如,作者在讨论“数据收集”时,不仅仅列举了数据库、API、网页抓取等技术,更深入地探讨了数据质量的重要性,以及如何避免数据偏差。这让我意识到,数据科学并非简单的技术堆砌,而是一种严谨的科学态度和方法论。这本书的语言风格也十分独特,既有学术的严谨,又不乏人文的关怀,读起来丝毫不会感到枯燥乏味,反而像是与一位经验丰富的老友在对话,他耐心地解答我心中的疑惑,引领我一步步探索未知。我对这本书的未来充满了期待,相信它能为我在数据科学的道路上奠定坚实的基础。

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《数据科学与分析:Python语言实现》在模型部署和实际应用方面,提供了宝贵的见解。在我看来,一个优秀的数据科学家,不仅要会构建模型,更要能将模型有效地部署到实际业务中,并产生价值。本书在这方面的内容,虽然没有占据过多的篇幅,但其质量和深度足以让我受益匪浅。作者简要介绍了如何将训练好的机器学习模型保存起来,并在后续的使用中进行加载。他提及了如 `pickle` 或 `joblib` 这样的Python库,以及ONNX等模型交换格式,这些信息对于我理解模型的生命周期至关重要。此外,他还探讨了模型部署的不同方式,例如通过Web API(如Flask或Django)将模型集成到应用程序中,或者在边缘设备上运行模型。虽然这些内容相对概括,但其目的性非常明确:让读者意识到,模型的研究和开发只是整个数据科学流程的一部分,最终的目标是将模型转化为实际的生产力。这种对整个价值链的关注,让我对数据科学的理解更加全面,也激励我思考如何让我的分析工作产生更广泛的影响。这本书不仅仅教会我如何“做什么”,更重要的是,它启发我去思考“为什么这么做”以及“做完之后呢”。

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《数据科学与分析:Python语言实现》在案例分析和项目实践方面,给我留下了深刻的印象。它不仅仅是一本理论书籍,更是一本指导我们如何将理论转化为实际能力的“行动指南”。作者通过一系列引人入胜的真实世界案例,展示了数据科学在不同领域的应用,从商业智能到金融风控,从医疗健康到社交媒体分析。我特别喜欢书中关于“从问题到解决方案”的整个流程的阐述。作者不仅仅给出代码,更重要的是,他会详细解释每一个步骤背后的思考过程。例如,在分析客户流失问题时,他会先讨论如何定义“流失”,如何收集相关数据,如何进行特征工程,如何选择合适的模型,以及如何解释模型结果并提出 actionable insights。这些案例的完整性和系统性,让我受益匪浅。我甚至可以跟着书中的步骤,一步步地复现这些案例,并且在此基础上进行自己的修改和拓展。这种“做中学”的学习模式,极大地提高了我的学习效率和解决实际问题的能力。我发现,通过这些案例,我不仅掌握了具体的技术,更重要的是,我学会了如何像一名数据科学家一样思考问题,如何将数据分析的思维贯穿于整个项目周期。这本书的实践性,是我在市面上其他同类书籍中很少看到的。

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这本书在数据预处理和特征工程这一核心环节,展现了作者深厚的功底和实操经验。在我的印象中,数据预处理常常被认为是枯燥且重复的工作,但通过《数据科学与分析:Python语言实现》的讲解,我才意识到它对于整个数据分析流程的至关重要性。作者并没有回避这些“脏活累活”,而是以一种极为细致和系统的方式,带领我深入了解如何处理真实世界数据中普遍存在的各种问题。从缺失值的各种填补策略,到异常值的识别与处理,再到类别型数据的编码(独热编码、标签编码等),以及文本数据的清洗和向量化,每一步都讲解得鞭辟入里。我尤其对作者在特征工程方面的阐述印象深刻。他不仅仅是罗列各种转换方法,而是深入分析了为什么需要进行特征工程,以及不同的特征工程方法会如何影响模型的性能。例如,他关于多项式特征、交互特征的构建,以及如何从日期时间数据中提取有用信息(如星期几、月份、年份等)的讲解,都为我打开了新的思路。我能够感受到,作者在编写这些章节时,是真正站在读者的角度,将自己多年的实践经验提炼出来,并以最易于理解的方式呈现出来。这种注重细节和实用性的讲解,让我在面对复杂数据时,不再感到无从下手,而是能够有条不紊地进行预处理和特征构建,为后续的建模打下坚实的基础。

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