数据分析概率及统计学基础

这篇博客详细介绍了数据分析的基础,包括数据分析概述、描述性统计分析、抽样估计、假设检验和方差分析等内容。强调了数据分析在商业决策中的作用,探讨了统计分析与数据挖掘的关系,详细阐述了各种统计方法如正态分布、假设检验、方差分析和简单线性回归分析的应用。

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一.数据分析概述

1. 数据分析的概念

数据分析就是分析数据,从一大堆数据中提取你想要的信息。比较专业的回答:数据分析是有针对性的收集、加工、整理数据,并采用统计、挖掘技术分析和解释数据的科学与艺术。比较客观的回答:从行业的角度看,数据分析是基于某种行业目的,有目的地对数据进行收集、整理、加工和分析,提炼有价值信息的过程。
理解数据分析的三个方面:目标、方法、结果。

2. 数据挖掘的概念

   数据挖掘是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据集中识别有效的、新颖的、潜在有用的,以及最终可理解的模式的非平凡过程。它是一门涉及面很广的交叉学科,包括机器学习、数理统计、神经网络、数据库、模式识别、粗糙集、模糊数学等相关技术。

3. 商业数据分析预测的本质

数据分析和业务是紧密联合在一起的,其目的就是满足商业决策的需求。预测未来发展情况,及早发现问题,对业务进行优化,制定最优的决策方案。

4. 数据分析的8个层次

常规报表
即席查询
多维分析
警报
统计分析
预报
预测型建模
优化

5. 大数据对传统小数据的拓展

(1)大数据与小数据,大量数据的区别与转变就是,放弃对因果关系的渴求,而取而代之关注相关关系。也就是说只要知道“是什么”,而不需要知道“为什么”。这就颠覆了千百年来人类的思维惯例,对人类的认知和与世界交流的方式提出了全新的挑战。
(2).还有一个重要的区别是在用途上,过去的数据很大程度上停留在说明过去的状态,拿数据说话,实际上是用过去的数据说明过去,而大数据的核心就是预测。大数据将为人类的生活创造前所未有的可量化的维度。使数据从原来停留在说明过去变为驱动现在,我以为预测对企业的作用从两个方向:
A.宏观是对趋势的预测,给企业做大势分析,
B.微观是对个体的精准分析,给企业做个性化精准营销
(3).从结构上,大数据更多的体现在海量非结构化数据本身与处理方法的整合
大数据与小数据判断原则:
A.数据的量
B.数据的种类、格式
C.数据的处理速度
D.数据复杂度
(4).分析基础不同,大数据是只有在大规模数据的基础上才可以做的事情,而这需要有从量变到质变的过程,也正因为科技的创新在方法上打下基础,而利用互联网展开的新的生活与工作方式,让信息积累到可以引发变革的程度,而很多事情在小规模数据的基础上是无法完成的

6. 明确数据分析目标的意义

数据分析的关键在于设定目标,专业上叫做“有针对性”。
数据分析的前提是有清晰的目标。对数据分析目的的把握,是数据分析成败的关键。只有对数据分析的目的深刻理解,才能整理出完整的分析框架和思路,因为根据不同的分析目标所选择的分析方法是不同的。

7. 数据分析的过程

明确分析的目的和内容——>数据收集——>数据预处理——>数据分析——>数据展现——>撰写报告

8. 统计分析和数据挖掘的区别和联系

联系:都来源于统计基础理论,数据挖掘中也经常会用到统计分析方法,如主成分分析、回归分析
     区别:数据挖掘是统计分析方法的延伸和发展。统计分析常需要先做假设或判断,然后利用数据分析技术来验证假设是否成立。数据挖掘则不需要对数据内在的关系做任何假设和判断,而是让数据挖掘工具中的算法自动去寻找数据中隐藏的关系和规律。  统计分析在预测中的应用常表现为一个或者一组函数关系式,而数据挖掘在预测中有时候不会从结果中生产明确的函数关系,不知道哪些变量起作用,缺乏解释性,例如“神经网络”。
实际应用中,统计分析和数据挖掘是不可分割开来。

9. CRISP-DM

CRISP-DM (cross-industry standard process for data mining), 即为"跨行业数据挖掘标准流程". 
CRISP-DM 模型为一个KDD工程提供了一个完整的过程描述.该模型将一个KDD工程分为6个不同的,但顺序并非完全不变的阶段
是一种数据挖掘项目关系方法论。

10. SEMMA

SAS公司的数据挖掘项目实施方法论。对CRISP-DM方法中的数据准备和建模环节进行了拓展。
Sample  ─数据取样
Explore ─数据特征探索、分析和予处理
Modify  ─问题明确化、数据调整和技术选择
Model   ─模型的研发、知识的发现
Assess  ─模型和知识的综合解释和评价 

11. 数据分析中不同人员的角色与职责

一个大型数据分析项目会涉及行业学术专家、业务专家、数据分析师和IT人员。其中,业务专家提供业务目标,业务理解,并提供目前的营销和反馈信息;学术专家提供相关领域研究的最新进展,并进行维度分析;数据分析师进行数据理解、清洗和建模;IT人员提供数据支持和项目实施支持。



二、 描述性统计分析

1. 数据的计量尺度

定类尺度、定序尺度、定距尺度、定比尺度

分类变量:定类尺度  、定序尺度
连续性变量:定距尺度 、定尺度


2. 数据的集中趋势

  集中趋势在统计学中是指一组数据向某一中心值靠拢的程度,它反映了一组数据中心点的位置所在。集中趋势测度就是寻找数据水平的代表值或中心值。
常用的指标:平均数、中位数(分位数)、众数
平均值易受极端值影响,中位数和众数不受极端值影响。

3. 数据的离中趋势

离中趋势在统计学中是指一组数据向某一中心值分散的程度,它反映了各个数据远离中心点的程度。从侧面说明了集中趋势测度的代表程度。
常用指标:极差、四分位距、平均差、方差、标准差、离散系数

极差 =  最大值 - 最小值
四分位距 = (第三个四分位数 - 第一个四分位数) / 2
平均差 
方差 
· 标准差 (一般68%在一个标准差,95%在2个标准差,其余5%远离)
离散系数 (比较两组样本离中程度大小:离散系数越小,平均值越具有代表性)

4. 数据分布形态

一组或一系列数

<think>好的,我现在要处理用户关于学习数据分析统计学基础知识的请求。首先,用户之前提到想学习基础,所以需要从最基础的概念入手,逐步展开。我需要确保回答结构清晰,分步骤讲解,并且结合Python示例,因为用户之前的引用里提到了Python实现。 首先,确定数据分析的基本流程。用户可能还不清楚数据分析的具体步骤,所以先介绍流程:数据收集、清洗、探索、建模、可视化、报告。这部分需要简明扼要,每个步骤用一两句话说明,并给出Python库的例子,比如pandas用于数据清洗,matplotlib用于可视化。 接下来是统计学基础。用户需要理解描述性统计和推论性统计的区别。描述性统计包括集中趋势和离散程度,这部分可以具体解释均值、中位数、标准差等,并给出Python代码示例,使用numpy和pandas计算这些指标。推论性统计部分需要介绍假设检验和置信区间,这里可能需要提到t检验和p值,但暂时不需要太深入,保持基础即可。同样,给出示例代码,比如使用scipy进行t检验。 然后,概率分布也是基础的一部分。用户可能需要了解常见的分布,如正态分布和二项分布。用Python生成这些分布的数据并绘制图表,可以增强理解。这部分需要展示代码和可能的输出结果,比如直方图。 线性回归分析作为建模的例子,用户可能对如何用Python实现感兴趣。这里可以展示一个简单的线性回归模型,使用scikit-learn库,从数据生成到模型训练,再到可视化的全过程。确保代码简单易懂,解释清楚每个步骤的目的。 最后,学习路径建议部分需要帮助用户规划接下来的学习方向,比如深入学习统计推断、机器学习等,并推荐相关资源,如在线课程和书籍,特别是用户之前提到的引用中的教程,需要适当引用[^1][^2]来增强可信度。 生成相关问题时要考虑用户可能的后续疑问,比如统计学的数学基础要求、处理缺失数据的方法、选择统计模型的依据,以及统计学在机器学习中的作用。这些问题能够引导用户进一步探索,符合他们的学习路径。 需要检查所有数学公式是否正确使用$...$和$$...$$格式,例如均值$\mu = \frac{1}{N}\sum_{i=1}^N x_i$和独立公式的排列。同时确保所有Python代码语法正确,并适当注释,方便用户理解。引用标识要自然地添加在相关段落的末尾,避免干扰阅读流畅性。 总结下来,回答需要结构分明,逐步引导,结合理论和实践,确保用户能够循序渐进地掌握数据分析统计学基础知识,并通过生成的问题促进深入思考和学习。</think># 数据分析统计学基础教程 ## 一、数据分析基础流程 1. **数据收集**:通过数据库、API或文件(CSV/Excel)获取原始数据 2. **数据清洗**:处理缺失值、异常值和重复数据 ```python import pandas as pd df = pd.read_csv('data.csv') df.dropna(inplace=True) # 删除缺失值 ``` 3. **探索性分析**:使用描述性统计和可视化理解数据分布 4. **建模分析**:应用统计模型或机器学习算法 5. **结果可视化**:用图表呈现关键发现 6. **报告输出**:形成可解释的分析结论 ## 二、统计学核心概念 ### 1. 描述性统计 - **集中趋势**: 均值 $\mu = \frac{1}{N}\sum_{i=1}^N x_i$ 中位数 $\text{median} = Q_2$ ```python print(df['age'].mean()) # 计算均值 print(df['age'].median()) # 计算中位数 ``` - **离散程度**: 方差 $\sigma^2 = \frac{1}{N}\sum_{i=1}^N (x_i - \mu)^2$ 标准差 $\sigma = \sqrt{\sigma^2}$ ```python print(df['salary'].std()) # 计算标准差 ``` ### 2. 推论性统计 - **假设检验**:通过p值判断结果显著性(如t检验) $$ t = \frac{\bar{X}_1 - \bar{X}_2}{\sqrt{s^2(\frac{1}{n_1}+\frac{1}{n_2})}} $$ ```python from scipy import stats stats.ttest_ind(group_A, group_B) ``` - **置信区间**:估计参数可能范围 95%置信区间:$\bar{x} \pm 1.96\frac{s}{\sqrt{n}}$[^1] ### 3. 概率分布 | 分布类型 | 公式 | Python实现 | |------------|-----------------------|-------------------------| | 正态分布 | $f(x) = \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}$ | `np.random.normal()` | | 二项分布 | $P(k) = C(n,k)p^k(1-p)^{n-k}$ | `np.random.binomial()` | ## 三、线性回归分析实例 ```python import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.linear_model import LinearRegression # 生成数据 X = [[1], [2], [3]] # 特征 y = [2, 4, 5] # 目标值 # 建模预测 model = LinearRegression() model.fit(X, y) plt.scatter(X, y) plt.plot(X, model.predict(X), color='red') plt.show() ``` ## 四、学习路径建议 1. **统计基础**:掌握概率论、假设检验、回归分析[^2] 2. **工具进阶**:熟练使用Pandas/Numpy/Matplotlib 3. **实战训练**:通过Kaggle数据集实践完整分析流程 4. **拓展领域**:时间序列分析、机器学习基础 推荐资源: - 在线课程:Coursera《统计学基础》 - 书籍:《统计学完全教程-中文版》[^2]
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