Python數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用-從數(shù)據(jù)獲取到可視化（第2版）教案-教學(xué)設(shè)計(jì) 第3章 數(shù)據(jù)分析庫pandas基礎(chǔ)

博學(xué)谷——讓IT教學(xué)更簡單，讓IT學(xué)習(xí)更有效PAGE12PAGE9《Python數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用：從數(shù)據(jù)獲取到可視化（第2版）》教學(xué)設(shè)計(jì)課程名稱：授課年級：授課學(xué)期：教師姓名：年月課題名稱第3章數(shù)據(jù)分析庫pandas基礎(chǔ)計(jì)劃課時6課時教學(xué)引入pandas是一個以NumPy為基礎(chǔ)，專門為數(shù)據(jù)分析而設(shè)計(jì)的庫，該庫中不僅提供了一些標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型，而且提供了高效操作大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，被廣泛地應(yīng)用到諸如金融、統(tǒng)計(jì)等一些領(lǐng)域中。pandas庫是本書的重點(diǎn)內(nèi)容，本章只介紹一些pandas的基礎(chǔ)知識，更多知識會在后面的章節(jié)進(jìn)行介紹。教學(xué)目標(biāo)使學(xué)生掌握Series的結(jié)構(gòu)和創(chuàng)建方式，能夠通過Series類的構(gòu)造方法創(chuàng)建Series類的對象使學(xué)生掌握DataFrame的結(jié)構(gòu)和創(chuàng)建方式，能夠通過DataFrame類的構(gòu)造方法創(chuàng)建DataFrame類的對象使學(xué)生熟悉索引對象的類型和特點(diǎn)，能夠歸納索引對象的類型和特點(diǎn)使學(xué)生掌握重置索引的方式，能夠通過reindex()方法重置Series或DataFrame類對象的索引使學(xué)生掌握索引與切片的基本用法，能夠通過索引或切片獲取Series或DataFrame的數(shù)據(jù)使學(xué)生掌握loc和iloc屬性的基本用法，能夠使用loc和iloc屬性獲取Series或DataFrame的數(shù)據(jù)使學(xué)生掌握讀寫數(shù)據(jù)的方式，能夠熟練地讀取網(wǎng)頁表格的數(shù)據(jù)，以及讀寫CSV文件、TXT文件、Excel文件、數(shù)據(jù)庫使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)的排序方式，能夠使用索引或值對Series或DataFrame進(jìn)行排序使學(xué)生掌握pandas的算術(shù)運(yùn)算，能夠通過算術(shù)運(yùn)算符或算術(shù)方法對DataFrame中的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算使學(xué)生掌握pandas的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，能夠通過統(tǒng)計(jì)方法對DataFrame中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算使學(xué)生掌握pandas的統(tǒng)計(jì)描述，能夠通過describe()方法描述DataFrame類的對象的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)使學(xué)生掌握分層索引的相關(guān)操作，能夠熟練地創(chuàng)建有分層索引的DataFrame，并使用分層索引獲取數(shù)據(jù)教學(xué)重點(diǎn)SeriesDataFrame通過索引和切片獲取數(shù)據(jù)通過loc和iloc屬性獲取數(shù)據(jù)讀寫CSV和TXT文件的數(shù)據(jù)讀寫Excel文件的數(shù)據(jù)教學(xué)難點(diǎn)讀寫數(shù)據(jù)庫使用分層索引獲取數(shù)據(jù)交換索引層級的順序分層索引排序教學(xué)方式課堂教學(xué)以PPT講授為主，并結(jié)合多媒體進(jìn)行教學(xué)教學(xué)過程第一課時（Series、DataFrame、索引對象、重置索引、通過索引和切片獲取數(shù)據(jù)）一、創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課教師通過給學(xué)生提問問題，例如問題是：大家覺得NumPy庫相比列表有什么優(yōu)勢，并根據(jù)學(xué)生的問題進(jìn)行總結(jié)，引出基于NumPy庫的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了pandas庫，這個庫不僅提供了操作大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還提供了數(shù)據(jù)處理和可視化的功能，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入新課的目的。二、新課講解知識點(diǎn)1-Series教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解Series。（1）Series的特點(diǎn)由數(shù)據(jù)和索引兩部分組成。數(shù)據(jù)可以是任意類型的。（2）Series的結(jié)構(gòu)圖（3）Series類構(gòu)造方法的語法格式（4）通過代碼演示如何根據(jù)列表創(chuàng)建Series類的對象（5）通過代碼演示如何創(chuàng)建Series類對象的同時指定標(biāo)簽索引（6）通過代碼演示如何根據(jù)字典創(chuàng)建Series類的對象（7）Series類的屬性index:獲取Series類對象的索引。values：獲取Series類對象的數(shù)據(jù)。（8）通過代碼演示如何獲取Series類對象的索引和數(shù)據(jù)知識點(diǎn)2-DataFrame教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解DataFrame。（1）DataFrame的特點(diǎn)由數(shù)據(jù)和索引兩部分組成，既有行索引又有列索引。每列數(shù)據(jù)可以是不同的數(shù)據(jù)類型。（2）DataFrame的結(jié)構(gòu)圖（3）DataFrame類構(gòu)造方法的語法格式（4）通過代碼演示如何根據(jù)二維數(shù)組創(chuàng)建DataFrame類的對象（5）通過代碼演示如何創(chuàng)建DataFrame類對象的同時指定列索引（6）通過代碼演示如何使用列標(biāo)簽索引獲取一列數(shù)據(jù)（7）通過代碼演示如何使用info()方法查看摘要信息。知識點(diǎn)3-索引對象教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解索引對象。（1）常見的Index子類RangeIndex：位置索引。Int64Index：整數(shù)索引。Float64Index：浮點(diǎn)數(shù)索引。DatetimeIndex：時間戳索引。PeriodIndex：時間間隔索引。MultiIndex：分層索引。（2）索引對象的特性不可變性可重復(fù)性（3）通過代碼驗(yàn)證索引對象的兩個特性知識點(diǎn)4-重置索引教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解重置索引。（1）什么是重置索引重置索引是指重新為對象設(shè)定索引，以構(gòu)建一個符合新索引的對象。（2）reindex()方法的作用（3）reindex()方法的語法格式（4）通過代碼演示如何使用reindex()方法重置行索引（5）通過代碼演示如何使用同一個值填充空缺位置（6）通過代碼演示如何使用不同的值填充空缺位置知識點(diǎn)5-通過索引和切片獲取數(shù)據(jù)教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解通過索引和切片獲取數(shù)據(jù)。（1）索引的用法（2）通過代碼演示如何使用索引獲取Series類對象的單個數(shù)據(jù)（4）通過代碼演示如何使用索引獲取Series類對象的多個數(shù)據(jù)（5）布爾索引的用法將Series類的對象中每個數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，只要運(yùn)算結(jié)果為True，就返回Series類對象中位置為True對應(yīng)的數(shù)據(jù)（6）通過代碼演示使用布爾索引獲取Series類對象中符合條件的數(shù)據(jù)（7）切片的用法如果切片使用的索引是位置索引，則切片結(jié)果包含起始位置但不包含結(jié)束位置對應(yīng)的數(shù)據(jù)。如果切片使用的索引是標(biāo)簽索引，則切片結(jié)果既包含起始位置又包含結(jié)束位置對應(yīng)的數(shù)據(jù)。（8）通過代碼演示使用切片獲取Series類對象的部分?jǐn)?shù)據(jù)三、歸納總結(jié)教師回顧本節(jié)課所講的內(nèi)容，并通過測試題的方式引導(dǎo)學(xué)生解答問題并給予指導(dǎo)。四、布置作業(yè)教師通過高校教輔平臺（）布置本節(jié)課作業(yè)以及下節(jié)課的預(yù)習(xí)作業(yè)。第二課時（通過loc和iloc屬性獲取數(shù)據(jù)、讀寫CSV和TXT文件的數(shù)據(jù)、讀寫Excel文件的數(shù)據(jù)、讀取網(wǎng)頁表格的數(shù)據(jù)）一、復(fù)習(xí)鞏固教師通過上節(jié)課作業(yè)的完成情況，對學(xué)生吸收不好的知識點(diǎn)進(jìn)行再次鞏固講解。二、通過直接引入的方式導(dǎo)入新課上節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了pandas的兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及索引和切片的基本用法，本節(jié)課將學(xué)習(xí)loc和iloc屬性，讀寫CSV、TXT、Excel文件的數(shù)據(jù)，以及讀取網(wǎng)頁表格的數(shù)據(jù)。三、新課講解知識點(diǎn)1-通過loc和iloc屬性獲取數(shù)據(jù)教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解通過loc和iloc屬性獲取數(shù)據(jù)。（1）loc和iloc屬性loc是基于標(biāo)簽索引的索引器iloc是基于位置索引的索引器（2）loc屬性的使用格式（3）通過代碼演示如何使用loc屬性獲取Series對象的數(shù)據(jù)（4）通過代碼演示如何使用loc屬性獲取DataFrame對象的數(shù)據(jù)（5）iloc屬性的使用格式（6）通過代碼演示如何使用iloc屬性獲取DataFrame對象的數(shù)據(jù)知識點(diǎn)2-讀寫CSV和TXT文件的數(shù)據(jù)教師通過PPT講解讀寫CSV和TXT文件的數(shù)據(jù)。（1）CSV和TXT文件的特點(diǎn)只能保存文本的內(nèi)容，不能保存文本的樣式。CSV文件通常以逗號或制表符為分隔符。（2）to_csv()方法的作用向指定路徑下的CSV或TXT文件中寫入部分或全部數(shù)據(jù)。如果指定路徑下文件不存在，則會新建一個文件。如果指定路徑下文件已經(jīng)存在，則會覆蓋文件中的內(nèi)容。（3）to_csv()方法的語法格式（4）通過代碼演示如何使用to_csv()方法向文件寫入數(shù)據(jù)（5）read_csv()函數(shù)的作用read_csv()函數(shù)會從指定路徑下的CSV或TXT文件中讀取數(shù)據(jù)，讀取成功后會根據(jù)數(shù)據(jù)形式轉(zhuǎn)換成一個Series或DataFrame類的對象。（6）read_csv()函數(shù)的語法格式（7）通過代碼演示如何使用read_csv()函數(shù)從文件中讀取數(shù)據(jù)（8）read_table()函數(shù)的作用用于從TXT文件中讀取數(shù)據(jù)。TXT文件使用的分隔符是制表符。（9）通過代碼演示如何使用read_table()函數(shù)從文件中讀取數(shù)據(jù)知識點(diǎn)3-讀寫Excel文件的數(shù)據(jù)教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解讀寫Excel文件的數(shù)據(jù)。（1）Excel文件的特點(diǎn)可以添加若干個工作表。每個工作表都是以表格的形式顯示數(shù)據(jù)。（2）to_excel()方法的作用用于將Series或DataFrame類的對象寫入到Excel文件中。如果Excel文件不存在，則會新建一個文件。如果Excel文件存在，則會覆蓋原文件中的內(nèi)容。（3）to_excel()方法的語法格式（4）通過代碼演示如何使用to_excel()方法向文件寫入數(shù)據(jù)（5）read_excel()函數(shù)的作用read_excel()函數(shù)用于讀取Excel文件中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)的形式轉(zhuǎn)換成Series或DataFrame類的對象。（6）read_excel()函數(shù)的語法格式（7）通過代碼演示如何使用read_excel()函數(shù)從Excel文件中讀取數(shù)據(jù)知識點(diǎn)4-讀取網(wǎng)頁表格的數(shù)據(jù)教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解讀取網(wǎng)頁表格的數(shù)據(jù)。（1）read_html()函數(shù)的語法格式（2）通過代碼演示如何使用read_html()函數(shù)讀取網(wǎng)頁上表格的數(shù)據(jù)四、歸納總結(jié)教師回顧本節(jié)課所講的內(nèi)容，并通過測試題的方式引導(dǎo)學(xué)生解答問題并給予指導(dǎo)。五、布置作業(yè)教師通過高校教輔平臺（）布置本節(jié)課作業(yè)以及下節(jié)課的預(yù)習(xí)作業(yè)。第三課時（讀寫數(shù)據(jù)庫、按索引排序、按值排序、算術(shù)運(yùn)算與數(shù)據(jù)對齊、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)描述）一、復(fù)習(xí)鞏固教師通過上節(jié)課作業(yè)的完成情況，對學(xué)生吸收不好的知識點(diǎn)進(jìn)行再次鞏固講解。二、通過直接引入的方式導(dǎo)入新課上節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了loc和iloc屬性，讀寫CSV、TXT、Excel文件的數(shù)據(jù)，以及讀取網(wǎng)頁表格的數(shù)據(jù)，本節(jié)課將學(xué)習(xí)讀寫數(shù)據(jù)庫、排序操作、算術(shù)運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)描述。三、新課講解知識點(diǎn)1-讀寫數(shù)據(jù)庫教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解讀寫數(shù)據(jù)庫。（1）讀寫數(shù)據(jù)庫的函數(shù)或方法（2）to_sql()方法的語法格式（3）通過代碼演示如何使用to_sql()方法向數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)（4）read_sql()函數(shù)的語法格式（5）通過代碼演示如何使用read_sql()函數(shù)讀取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)知識點(diǎn)2-按索引排序教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解按索引排序。（1）sort_index()方法的語法格式（2）通過代碼演示使用sort_index()方法按照索引排序知識點(diǎn)3-按值排序教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解按值排序。（1）sort_values()方法的語法格式（2）通過代碼演示使用sort_values()方法按照數(shù)據(jù)排序知識點(diǎn)4-算術(shù)運(yùn)算與數(shù)據(jù)對齊教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解算術(shù)運(yùn)算與數(shù)據(jù)對齊。（1）算術(shù)運(yùn)算的規(guī)則Series類或DataFrame類的對象進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算時，會先將對象中索引相同的數(shù)據(jù)按位置對齊，對齊后再進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，沒有對齊的位置會用NaN補(bǔ)齊。（2）通過代碼演示兩個Series類的對象的加法運(yùn)算（3）處理NAN值的方式調(diào)用add()方法時給fill_value參數(shù)傳值（4）通過代碼演示在執(zhí)行加法運(yùn)算時如何處理NAN值知識點(diǎn)5-統(tǒng)計(jì)計(jì)算教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解統(tǒng)計(jì)計(jì)算。（1）常見的統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法（2）通過代碼演示部分統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法的基本使用知識點(diǎn)6-統(tǒng)計(jì)描述教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解統(tǒng)計(jì)描述。（1）describe()方法的語法格式（2）通過代碼演示describe()方法的基本使用四、歸納總結(jié)教師回顧本節(jié)課所講的內(nèi)容，并通過測試題的方式引導(dǎo)學(xué)生解答問題并給予指導(dǎo)。五、布置作業(yè)教師通過高校教輔平臺（）布置本節(jié)課作業(yè)以及下節(jié)課的預(yù)習(xí)作業(yè)。第四課時（創(chuàng)建分層索引、創(chuàng)建有分層索引的對象、使用分層索引獲取數(shù)據(jù)、交換索引層級的順序、分層索引排序、案例：陜西高考分?jǐn)?shù)線統(tǒng)計(jì)分析）一、復(fù)習(xí)鞏固教師通過上節(jié)課作業(yè)的完成情況，對學(xué)生吸收不好的知識點(diǎn)進(jìn)行再次鞏固講解。二、通過直接引入的方式導(dǎo)入新課上節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了讀寫數(shù)據(jù)庫、排序操作、算術(shù)運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)描述，本節(jié)課將繼續(xù)學(xué)習(xí)分層索引的操作，以及圍繞所學(xué)的知識完成一個案例。三、新課講解知識點(diǎn)1-數(shù)組的轉(zhuǎn)置創(chuàng)建分層索引教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解創(chuàng)建分層索引。（1）什么是分層索引分層索引可以理解為單層索引的延伸，即在一個軸方向上具有兩層或兩層以上的索引。（2）分層索引的示意圖（3）創(chuàng)建分層索引的方法（4）通過代碼演示如何使用from_tuples()方法創(chuàng)建分層索引（5）通過代碼演示如何使用from_arrays()方法創(chuàng)建分層索引（6）通過代碼演示如何使用from_product()方法創(chuàng)建分層索引知識點(diǎn)2-創(chuàng)建有分層索引的對象教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解創(chuàng)建有分層索引的對象。（1）創(chuàng)建有分層索引對象的基本方式在Series類和DataFrame類構(gòu)造方法的index參數(shù)中傳入一個嵌套列表。（2）通過代碼演示使用上述方式創(chuàng)建有分層索引的對象（3）創(chuàng)建有分層索引對象的其他方式在Series類和DataFrame類構(gòu)造方法的index參數(shù)中傳入一個MultiIndex類的對象。（4）通過代碼演示使用上述方式創(chuàng)建有分層索引的對象知識點(diǎn)3-使用分層索引獲取數(shù)據(jù)教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解使用分層索引獲取數(shù)據(jù)。（1）分層索引的用法對象[外層索引]：訪問外層索引嵌套的索引及其數(shù)據(jù)。對象[外層索引,內(nèi)層索引]：訪問索引對應(yīng)的數(shù)據(jù)。（2）通過代碼演示如何使用分層索引獲取數(shù)據(jù)知識點(diǎn)4-交換索引層級的順序教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解交換索引層級的順序。（1）什么是交換分層順序交換分層順序是指交換外層索引和內(nèi)層索引的位置。（2）通過代碼演示如何使用swaplevel()方法交換分層順序知識點(diǎn)5-分層索引排序教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解分層索引排序。（1）sort_index()方法的作用使用sort_index()方法進(jìn)行排序時，會優(yōu)先按外層索引排序，然后再按照內(nèi)層索引排序。（2）通過代碼演示使用sort_index()方法對有分層索引的對象排序知識點(diǎn)6-案例：陜西高考分?jǐn)?shù)線統(tǒng)計(jì)分析教師通過PPT結(jié)合實(shí)操的形式講解案例。（1）通過PPT介紹案例的需求（2）通過PPT介紹準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)（3）通過代碼演示案例的實(shí)現(xiàn)步驟四