数据分析中如何处理缺失值和异常值？

在数据分析中，缺失值和异常值都是常见的问题，需要进行有效的处理才能得到准确的分析结果。

下面分别针对缺失值和异常值进行详细讲解。

处理缺失值

什么是缺失值

缺失值是指数据集中某些观测值没有收集到或者遗漏了。在不同的数据集中，缺失值可能表现为不同的形式，比如空值、NaN、-1等等。

缺失值的影响

在数据分析中，缺失值可能会对结果造成影响，导致结果不准确或者出现偏差。因此，需要对缺失值进行处理。

缺失值处理方法

• 删除缺失值：可以直接将包含缺失值的行或者列删掉。这个方法适用于缺失值比例比较少的情况，但是会导致数据量减少，进而影响分析结果。

• 用均值、中位数等代替：可以用整个数据集的均值或中位数来代替缺失值。但是，这个方法只适用于少量的缺失值，并且可能会导致数据分布变化。

• 使用插值法：可以利用其他数据的变化趋势等特征，来推断缺失值。这个方法可以填充少量的缺失值或者连续的缺失值。

• 分别对待：可以针对每个含缺失值的特征，采用不同的处理方法。

上述方法的选择要根据数据类型、问题需求等方面综合考虑。下面给出两个缺失值处理的示例。

1.使用均值代替缺失值

import pandas as pd
import numpy as np

# 读入数据
df = pd.read_csv('data.csv')

# 统计缺失值
missing_count = df.isnull().sum()

# 给含缺失值的列用均值填充
for col in missing_count.index:
    if missing_count[col] > 0:
        col_mean = np.mean(df[col])
        df[col].fillna(col_mean, inplace=True)

# 输出结果
df.head()

2.使用插值法填充缺失值

import pandas as pd
from scipy.interpolate import interp1d

# 读入数据
df = pd.read_csv('data.csv')

# 插值函数
f = interp1d(df.index[df['col'].notna()], df['col'][df['col'].notna()], kind='linear')

# 填充缺失值
df['col'].fillna(f(df.index), inplace=True)

# 输出结果
df.head()

处理异常值

什么是异常值

异常值是指数据集中与大部分值明显不同的观测值。异常值可能是由错误测量或者数据录入错误引起的，也可能是真实存在的离群值。

异常值的影响

异常值可能会对统计判断产生显著的影响，会导致均值、标准差等统计量失真。

异常值处理方法

• 筛选法：将所有观测值都按从小到大或从大到小排序，然后找到最小的5%或者最大的5%的观测值，就可以将他们视为异常值。

• 平均数加减两倍标准差：可以将数据按某特征的中心度和离散程度（平均数和标准差）来散点图表示，然后在该图中通过观察得出某些点可能是异常值，这种方法可以处理一些数值特别集中的非正态分布数据。

• 使用统计模型：可以通过一些有明确数学模型的分布，如 t 分布等，将数据预测分析后，然后用此模型检验该集合。

下面给出两个异常值处理的示例。

1.利用IQR方法剔除异常值

import pandas as pd

# 读入数据
df = pd.read_csv('data.csv')

# 计算IQR
Q1 = df.quantile(0.25)
Q3 = df.quantile(0.75)
IQR = Q3 - Q1

# 根据IQR来判断异常值
df_out = df[~((df < (Q1 - 1.5 * IQR)) |(df > (Q3 + 1.5 * IQR))).any(axis=1)]

# 输出结果
df_out.head()

2.利用主成分分析(PCA)方法

import pandas as pd
from sklearn.decomposition import PCA

# 读入数据
df = pd.read_csv('data.csv')

# 使用PCA进行异常值检测
pca = PCA(n_components=2)
pca.fit(df)
distances = pca.transform(df)
threshold = 10
outlier_idx = distances[distances[:,1] > threshold].flatten()

# 删除异常值行
df_out = df.drop(df.index[outlier_idx])

# 输出结果
df_out.head()

综上所述，缺失值和异常值的处理是数据分析中不可避免的问题，需要根据实际情况采用不同的处理方法，使结果更准确，更可靠。