《Python數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用案例教程》（李兆延）教案 第13課 數(shù)據(jù)的表格分析

課題第13課數(shù)據(jù)的表格分析與正態(tài)分析課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能目標(biāo)：（1）掌握數(shù)據(jù)交叉表和透視表分析的方法（2）掌握數(shù)據(jù)正態(tài)性分析的方法（3）能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉表與透視表、正態(tài)性等分析素質(zhì)目標(biāo)：強(qiáng)化數(shù)據(jù)安全意識(shí)，提高信息技術(shù)應(yīng)用能力教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：數(shù)據(jù)交叉表和透視表分析的方法教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉表與透視表、正態(tài)性等分析教學(xué)方法案例分析法、問(wèn)答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、文旌課堂APP教學(xué)設(shè)計(jì)第1節(jié)課：→→傳授新知（28min）→課堂實(shí)踐（10min）第2節(jié)課：→傳授新知（20min）→課堂討論（12min）→課堂小結(jié)（3min）→作業(yè)布置（2min）教學(xué)過(guò)程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)意圖第一節(jié)課考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況問(wèn)題導(dǎo)入（5min）【教師】提出問(wèn)題我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，那么數(shù)據(jù)表格如何分析呢？【學(xué)生】思考、舉手回答通過(guò)提問(wèn)的方法，了解學(xué)生對(duì)上節(jié)課知識(shí)的掌握程度，進(jìn)而引出新知傳授新知

（28min）【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并引入新知，講解數(shù)據(jù)表格分析的相關(guān)知識(shí)?【教師】請(qǐng)同學(xué)們掃描二維碼學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)表格分析，并回答以下問(wèn)題：表格分析包含哪些常用方法？?【學(xué)生】掃描二維碼、思考、回答問(wèn)題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并講解新知數(shù)據(jù)的交叉表和透視表是數(shù)據(jù)分析中常用的方法。通過(guò)交叉表和透視表可以分析數(shù)據(jù)的不同變量之間存在的關(guān)系。4.3.1數(shù)據(jù)交叉表分析?【教師】提出問(wèn)題什么是數(shù)據(jù)交叉表？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、主動(dòng)回答問(wèn)題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并講解新知交叉表是一種常用的分類匯總表格，可以統(tǒng)計(jì)變量交叉出現(xiàn)的頻數(shù)，幫助分析變量之間的相互關(guān)系。最簡(jiǎn)單也最常用的是2×2交叉表，即兩個(gè)變量的交叉表，如性別與商品類型的關(guān)系、年齡與商品類型的關(guān)系等。?【教師】多媒體出示了crosstab()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分表示的內(nèi)容Pandas提供了crosstab()函數(shù)用于制作數(shù)據(jù)交叉表，其一般格式如下。pandas.crosstab(index,columns,margins=False,margins_name='All',normalize=False)其中，index表示交叉表行字段的列；columns表示交叉表列字段的列；margins表示是否匯總交叉表的行和列，如果為True表示匯總，如果為False表示不匯總，默認(rèn)為False；margins_name表示匯總行和列的標(biāo)簽，默認(rèn)為“All”；normalize表示是否對(duì)統(tǒng)計(jì)的頻數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，即統(tǒng)計(jì)頻率，取True或“all”表示以總樣本數(shù)統(tǒng)計(jì)頻率，取“index”表示以行的樣本總數(shù)統(tǒng)計(jì)頻率，且只顯示列的匯總，取“columns”表示以列的樣本總數(shù)統(tǒng)計(jì)頻率，且只顯示行的匯總，取False表示不標(biāo)準(zhǔn)化，默認(rèn)為False。?【教師】按照教材步驟進(jìn)行問(wèn)題分析并進(jìn)行演示例4-7（詳見(jiàn)教材）的程序編寫步驟：首先導(dǎo)入“產(chǎn)品訂單信息表.xlsx”文件中的數(shù)據(jù)；然后統(tǒng)計(jì)并匯總性別和產(chǎn)品類型的交叉頻數(shù)；最后統(tǒng)計(jì)并匯總性別和產(chǎn)品類型的交叉頻率。importpandasaspdpd.set_option('display.unicode.east_asian_width',True)df=pd.read_excel('產(chǎn)品訂單信息表.xlsx')df1=pd.crosstab(index=df['性別'],columns=df['產(chǎn)品類型'])print('統(tǒng)計(jì)性別和商品類型交叉頻數(shù)的數(shù)據(jù)df1：\n',df1)df2=pd.crosstab(index=df['性別'],columns=df['產(chǎn)品類型'],margins=True)print('統(tǒng)計(jì)和匯總性別和商品類型交叉頻數(shù)的數(shù)據(jù)df2：\n',df2)df3=pd.crosstab(index=df['性別'],columns=df['產(chǎn)品類型'],margins=True,normalize=True)print('統(tǒng)計(jì)和匯總性別和商品類型交叉頻率的數(shù)據(jù)df3：\n',df3)df4=pd.crosstab(index=df['性別'],columns=df['產(chǎn)品類型'],margins=True,margins_name='總數(shù)',normalize='index')print('按行統(tǒng)計(jì)和匯總性別和商品類型交叉頻數(shù)的數(shù)據(jù)df4：\n',df4)（詳見(jiàn)教材）?【學(xué)生】觀察、記錄、理解?【學(xué)生】教師演示完成后，學(xué)生按照教材提示和教師演示進(jìn)行實(shí)際操作，并對(duì)比程序運(yùn)行結(jié)果（詳見(jiàn)教材）?【教師】巡視課堂記錄，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)?【教師】提出學(xué)習(xí)任務(wù)：對(duì)比程序結(jié)果，進(jìn)行程序分析和結(jié)果分析。?【學(xué)生】觀察、記錄、理解、分析?【教師】總結(jié)學(xué)生的分析結(jié)果df3統(tǒng)計(jì)和匯總性別和產(chǎn)品類型的交叉頻率，與df2對(duì)比會(huì)發(fā)現(xiàn)，df3計(jì)算的是基于樣本總數(shù)的頻率，如第1行第1列的數(shù)據(jù)0.4=6/15；df4按行統(tǒng)計(jì)并匯總性別和產(chǎn)品類型的交叉頻率，與df2對(duì)比會(huì)發(fā)現(xiàn)，df4計(jì)算的是基于所在行樣本總數(shù)的頻率，如第1行第1列的數(shù)據(jù)0.666667=6/9。結(jié)果分析：購(gòu)買手機(jī)的客戶中，女性客戶多于男性客戶；購(gòu)買電腦的客戶中，男性客戶和女性客戶一樣多。4.3.2數(shù)據(jù)透視表分析?【教師】提出問(wèn)題什么是數(shù)據(jù)透視表？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、主動(dòng)回答問(wèn)題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并講解新知透視表是一種交互式的表，它可以統(tǒng)計(jì)行字段和列字段與第3個(gè)字段的關(guān)系，如不同性別的人在不同商品上的消費(fèi)程度。?【教師】多媒體出示了pivot_table()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分表示的內(nèi)容Pandas提供了pivot_table()函數(shù)用于制作數(shù)據(jù)透視表，其一般格式如下。pandas.pivot_table(data,values=None,index=None,columns=None,aggfunc='mean',margins=False,margins_name='All')其中，data表示需要分析的數(shù)據(jù)；values、index和columns表示data的列標(biāo)簽，分別作為透視表的統(tǒng)計(jì)字段、行字段和列字段；aggfunc表示統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，可以取“sum”（求和）、“mean”（求均值）、“max”（求最大值）等，默認(rèn)為“mean”。【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、理解、記憶通過(guò)教師講解、課堂討論、多媒體演示等方式，使學(xué)生了解數(shù)據(jù)表格分析的相關(guān)內(nèi)容課堂實(shí)踐

（10min）【教師】布置實(shí)踐任務(wù)基于原始數(shù)據(jù)的產(chǎn)品訂單信息，使用透視表分析其中性別、產(chǎn)品類型和總消費(fèi)及平均消費(fèi)的關(guān)系。【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、討論、實(shí)踐練習(xí)【教師】總結(jié)學(xué)生實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題，進(jìn)行問(wèn)題分析及程序說(shuō)明問(wèn)題分析：將性別與商品類型分別作為透視表的行字段和列字段，消費(fèi)金額作為統(tǒng)計(jì)字段，并分別使用“sum”和“mean”作為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。參考代碼：importpandasaspdpd.set_option('display.unicode.east_asian_width',True)df=pd.read_excel('產(chǎn)品訂單信息表.xlsx')df1=pd.pivot_table(df,values='消費(fèi)金額',index='性別',columns='產(chǎn)品類型',aggfunc='sum',margins=True,margins_name='總消費(fèi)')print('統(tǒng)計(jì)和匯總性別、產(chǎn)品類型及總消費(fèi)的數(shù)據(jù)df1：\n',df1)df2=pd.pivot_table(df,values='消費(fèi)金額',index='性別',columns='產(chǎn)品類型')print('統(tǒng)計(jì)和匯總性別、產(chǎn)品類型及平均消費(fèi)的數(shù)據(jù)df2：\n',df2)。通過(guò)課堂實(shí)踐，加深學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)交叉表分析的理解第二節(jié)課問(wèn)題導(dǎo)入（8min）【教師】提出問(wèn)題我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)排序的相關(guān)知識(shí)，那么數(shù)據(jù)的正態(tài)性如何進(jìn)行分析呢？【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題通過(guò)提問(wèn)的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（20min）【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并引入新知，講解數(shù)據(jù)正態(tài)性分析的相關(guān)知識(shí)4.4.1數(shù)據(jù)的正態(tài)分布?【教師】請(qǐng)同學(xué)們回答以下問(wèn)題：什么是正態(tài)分布？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并講解新知正態(tài)分布正態(tài)分布是指隨機(jī)變量服從一個(gè)位置參數(shù)（即均值μ）和尺度參數(shù)（即標(biāo)準(zhǔn)差σ）的概率分布。正態(tài)分布在幾何上的表現(xiàn)就是正態(tài)曲線，理論上是一條中間高、兩端逐漸下降的完全對(duì)稱的鐘形曲線。?【教師】多媒體出示正態(tài)分布曲線圖（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解均值及中心位置等內(nèi)容從圖中可以看出，符合正態(tài)分布的隨機(jī)變量在μ?σ～μ+σ取值的概率為68.2%，在μ?2σ～μ+2σ取值的概率為95.4%，在μ?3σ～μ+3σ取值的概率為99.7%。當(dāng)μ為0，σ為1時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。正態(tài)分布的均值決定了曲線的中心位置，當(dāng)均值為0時(shí)，中心位置在x軸為0的位置；當(dāng)均值大于0且絕對(duì)值越大時(shí)，曲線整體右偏且離y軸越遠(yuǎn)；當(dāng)均值小于0且絕對(duì)值越大時(shí)，曲線整體左偏且離y軸越遠(yuǎn)。正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)差決定了曲線的形狀，標(biāo)準(zhǔn)差越大，數(shù)據(jù)分布越分散，曲線越“矮胖”；標(biāo)準(zhǔn)差越小，數(shù)據(jù)分布越集中，曲線越“高瘦”。4.4.2正態(tài)性分析數(shù)據(jù)的正態(tài)性分析可以通過(guò)偏度和峰度，以及直方圖實(shí)現(xiàn)。1．偏度和峰度?【教師】多媒體出示不同偏度的分布曲線圖（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解偏度大小對(duì)曲線的影響數(shù)據(jù)的偏度和峰度是描述數(shù)據(jù)分布與正態(tài)分布偏離程度的兩個(gè)常用統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。（1）偏度用于描述數(shù)據(jù)分布的對(duì)稱性，正態(tài)分布的偏度為0。當(dāng)偏度大于0時(shí)，稱為正偏態(tài)，分布曲線出現(xiàn)右側(cè)長(zhǎng)尾；當(dāng)偏度小于0時(shí)，稱為負(fù)偏態(tài)，分布曲線出現(xiàn)左側(cè)長(zhǎng)尾。不同偏度的分布曲線如圖所示。?【教師】多媒體出示skew()函數(shù)格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容Pandas提供了skew()函數(shù)用于計(jì)算數(shù)據(jù)的偏度，其一般格式如下。DataFrame.skew()?【教師】多媒體出示不同峰度的分布曲線圖（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解峰度大小對(duì)曲線的影響（2）峰度用于描述數(shù)據(jù)分布形態(tài)的陡緩程度。在實(shí)際應(yīng)用中，正態(tài)分布的峰度為0（正態(tài)分布的峰度常數(shù)為3，通常做減3處理），當(dāng)峰度大于0時(shí)，為尖頂峰，分布曲線較陡峭；當(dāng)峰度小于0時(shí)，為平頂峰，分布曲線較平坦。不同峰度的分布曲線如圖所示。?【教師】多媒體出示kurt()函數(shù)格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容Pandas提供了kurt()函數(shù)用于計(jì)算數(shù)據(jù)的峰度，其一般格式如下。DataFrame.kurt()?【教師】按照教材步驟逐步分析并進(jìn)行演示例4-9（詳見(jiàn)教材）的程序編寫步驟：首先通過(guò)隨機(jī)生成兩個(gè)1～6的整數(shù)模擬拋擲骰子（10000次）；然后統(tǒng)計(jì)兩個(gè)骰子拋擲數(shù)字的和，并按行標(biāo)簽升序排序；最后計(jì)算其偏度和峰度。importnumpyasnpimportpandasaspddata1=np.random.randint(1,7,10000)data2=np.random.randint(1,7,10000)arr=data1+data2df=pd.DataFrame(data1+data2)count=df.value_counts().sort_index()print('兩個(gè)骰子拋擲數(shù)字和的統(tǒng)計(jì)結(jié)果：\n',count)print('偏度：',df.skew().iloc[0])print('峰度：',df.kurt().iloc[0])（詳見(jiàn)教材）?【學(xué)生】觀察、記錄、理解?【學(xué)生】教師演示完成后，學(xué)生按照教材提示和教師演示進(jìn)行實(shí)際操作，并對(duì)比程序運(yùn)行結(jié)果（詳見(jiàn)教材）?【教師】巡視課堂記錄，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)?【教師】提出學(xué)習(xí)任務(wù)：對(duì)比程序結(jié)果，進(jìn)行結(jié)果分析。?【學(xué)生】觀察、記錄、理解、分析?【教師】總結(jié)學(xué)生的分析結(jié)果偏度接近0，說(shuō)明沒(méi)有正偏或負(fù)偏的趨勢(shì)，從統(tǒng)計(jì)頻數(shù)也可以大致看出分布是比較對(duì)稱的，分別向左右兩側(cè)逐漸均勻下降；峰度小于0，說(shuō)明中間的數(shù)據(jù)并不是非常集中，而是比較分散，是平頂曲線，從統(tǒng)計(jì)頻數(shù)也可以看出和為7的中間位置頻數(shù)最高，且兩邊的頻數(shù)慢慢減少。2．直方圖?【教師】請(qǐng)同學(xué)們回答以下問(wèn)題：什么是直方圖？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并講解新知正態(tài)分布直方圖是一種統(tǒng)計(jì)報(bào)告圖，由一系列高度不等的矩形柱表示數(shù)據(jù)的分布情況，通常用于分析數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布，例4-9中兩個(gè)骰子拋擲的數(shù)字之和的直方圖如圖所示。從圖中可以看出，該數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，且分布曲線較為平坦，與例4-9計(jì)算的偏度和峰度的結(jié)果一致。?【提示】直方圖的具體內(nèi)容可參見(jiàn)第5章【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、理解、記錄通過(guò)教師講解和課堂討論，使學(xué)生了解數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的相關(guān)知識(shí)，包括數(shù)值型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和字符型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析課堂實(shí)踐（12min）【教師】提出問(wèn)題，請(qǐng)同學(xué)們分小組實(shí)踐：統(tǒng)計(jì)班級(jí)最近一次考試成績(jī)，計(jì)算其偏度和峰度。聆聽(tīng)、結(jié)組、思考、討論、寫代碼、展示程序代碼及運(yùn)行結(jié)果【教師】聆聽(tīng)學(xué)生的討論結(jié)果，并查看程序運(yùn)行結(jié)果通過(guò)課堂實(shí)踐，使學(xué)生能夠了解更多關(guān)于數(shù)據(jù)正態(tài)性分析的知識(shí)課堂小結(jié)

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