Coggle数据科学 | 小白学数据科学：20个技术和框架(建议收藏！)-编程知识

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原文链接：小白学数据科学：20个技术和框架

随着互联网使用率的增长，公司如何利用数据进行创新和获得竞争优势。截至2024年1月，全球有66.2%的人口连接到互联网，数字连接对通信的影响是不可否认的。

数据科学是一个跨学科领域，结合了统计分析、机器学习和领域专业知识，以高效地理解庞大的数字信息。这些技术增强了数据分析能力，使科学家能够提取有价值的洞察。

本文讨论的20多种顶级技术，包括Python、R、SQL、Hadoop、Spark、TensorFlow、Tableau、SAS、MATLAB、Apache Kafka、MongoDB、AWS、Microsoft Azure、GCP、Apache Cassandra、Python库、机器学习算法、深度学习、自然语言处理（NLP）和数据可视化工具，在使数据科学家能够从数据中提取有价值洞察方面发挥着至关重要的作用。

1 Python语言

Python 是一种易于理解和操作的编程语言，在数据科学领域得到了广泛应用。它的简洁性和可读性使其成为数据操作、分析和可视化的理想选择。Python 提供了如 NumPy、Pandas 和 Matplotlib 等库，这些库为数据科学任务提供了必要的功能。

数据分析： Python 的广泛库，如 Pandas 和 NumPy，促进了高效的数据操作和分析，使其成为探索性数据分析的首选语言。
机器学习： Python 的 scikit-learn 库和 TensorFlow 为深度学习提供了强大的框架，用于实现从回归到复杂神经网络的机器学习算法。
数据可视化： 借助 Matplotlib 和 Seaborn 等库，Python 能够创建视觉上引人注目的图表、图形和折线图，有助于数据洞察的解释和传达。
统计分析： Python 通过 Statsmodels 等库支持统计建模和假设检验，使数据科学家能够验证发现并做出明智的决策。
大数据处理： Python 与 Apache Spark 等工具无缝集成，用于可扩展的大数据处理，使数据科学家能够有效处理庞大的数据集。
自然语言处理（NLP）： Python 的 NLTK 和 spaCy 库促进了文本分析和处理，使得情感分析、语言翻译和聊天机器人开发等应用成为可能。
数据清洗和预处理： Python 的多功能性简化了数据清洗任务，确保数据质量，并为分析或机器学习应用准备数据集。
网络爬虫： Python 的 BeautifulSoup 和 Scrapy 使得从网站提取有价值的数据成为可能，这对于构建数据集和进行市场研究至关重要。
时间序列分析： Python 的 Statsmodels 和 Pandas 等库支持时间序列分析，有助于在时间数据中进行预测和趋势识别。
与数据平台的集成： Python 与各种数据平台、数据库和云服务集成，促进了数据科学工作流与存储解决方案之间的顺畅交互。

2 R语言

R语言是另一种专门为统计分析和数据可视化设计的流行编程语言。它提供了大量的包和库，使数据科学家能够执行高级统计建模和探索性数据分析。

统计分析： R广泛用于统计分析，提供了广泛的库和函数，用于描述性和推断性统计。
数据可视化： 借助如 ggplot2 这样的包，R在创建高质量的可视化方面表现出色，有助于有效探索和传达数据洞察。
机器学习： R提供了众多机器学习库，如caret和randomForest，使其成为构建预测模型和进行高级分析的多功能选择。
数据清洗和转换： R提供了如 dplyr 和 tidyr 这样的强大工具，促进了高效的数据整理、清洗和转换过程。
统计建模： R支持各种统计模型，使数据科学家能够进行假设检验、回归分析和其他高级统计技术。
与大数据技术的集成： R与大数据技术如Apache Spark接口，允许无缝集成以分析大型数据集。
社区支持： R受益于一个充满活力和活跃的社区，提供各种包、资源和论坛，用于数据科学项目中的协作和问题解决。

3 SQL语言

Structured Query Language (SQL) 是一种用于管理和操作关系型数据库的标准语言。数据科学家经常使用SQL来提取、转换和分析存储在数据库中的数据，使其成为数据科学中的一项基本技术。

数据检索： SQL是从一个关系型数据库中提取相关数据的基础，允许数据科学家获取对分析至关重要的特定子集或聚合。
数据清洗和转换： SQL用于在数据库内清洗和预处理数据，有助于将原始数据转换为结构化且可用于分析的格式。
数据集成： SQL支持不同数据集的集成，使数据科学家能够合并来自多个来源的信息以进行全面分析。
数据探索： 使用SQL，数据科学家可以有效地探索和理解数据的潜在模式和特征，使用查询来识别趋势或异常。
数据聚合和总结： SQL的GROUP BY和聚合函数使数据总结成为可能，创造出有意义的洞察和统计摘要。
数据过滤： SQL的WHERE子句允许数据科学家根据特定条件过滤数据集，便于对数据的子集进行专注分析。
数据库管理： SQL对于管理和维护数据库至关重要，确保数据存储、检索和组织的效率，以便于数据科学工作流程的顺畅进行。

4 Hadoop

Hadoop 是一个分布式计算框架，允许在计算机集群上处理大型数据集。它为存储和分析大数据提供了一个可扩展且容错的环境，使其成为数据科学中的关键技术。

大数据处理： Hadoop对于处理大规模数据集至关重要，提供了分布式存储和处理能力，并以可扩展的方式有效管理大量数据。
并行处理： Hadoop的MapReduce范式促进了数据的并行处理，提高了分布式集群上计算的速度和效率，这是数据科学中数据密集型任务的关键方面。
成本效益存储： Hadoop分布式文件系统（HDFS）允许通过在节点间分布和复制数据来实现大规模数据集的成本效益存储，确保了容错性和高可用性。
可扩展性： Hadoop的架构允许通过向集群添加节点轻松扩展，适应数据科学应用不断增长的需求，而无需重大的基础设施变更。
数据多样性： Hadoop能够容纳各种类型的数据，包括结构化和非结构化数据，使其在涉及多种数据源的数据科学任务中具有多功能性。
数据探索和分析： Hadoop结合工具如 Apache Hive 和 Apache Pig 支持数据探索和分析，使数据科学家能够从大型复杂数据集中提取有价值的洞察。

5 Spark

Apache Spark 是一个开源的分布式计算系统，具有高速数据处理能力。它为大数据处理、机器学习和图处理提供了一个统一的分析引擎，使其成为数据科学中的一项宝贵技术。

大规模数据处理： Apache Spark擅长处理庞大的数据集，能够高效地进行处理和分析，这在各种数据科学应用中至关重要。
速度和性能： Spark的内存处理能力显著提高了速度，超越了传统的数据处理框架。这种加速对于机器学习中常见的迭代算法特别有益。
数据处理的多功能性： Spark支持多种数据格式，使其在涉及结构化、半结构化或非结构化数据的数据科学任务中具有多功能性。
机器学习库： Spark MLlib 提供了一套全面的机器学习库，便于在统一平台上无缝集成数据处理和模型开发。
实时数据流处理： Spark Streaming允许实时数据处理，对于数据科学工作流程中的欺诈检测、情感分析和物联网分析等应用至关重要。
易用性： Spark提供了Java、Scala、Python和R的API，使其对具有不同编程偏好的广泛数据科学家群体易于访问。
社区支持： 作为一个开源框架，Apache Spark受益于一个充满活力的社区，确保了持续的更新、改进以及为数据科学家提供的丰富共享知识。

6 TensorFlow

TensorFlow 是一个流行的开源库，用于机器学习和深度学习。它提供了一个灵活的框架，用于构建和部署机器学习模型，使其成为处理复杂预测分析任务的数据科学家的首选技术。

数据处理： TensorFlow提供了高效的数据处理能力，允许与大型数据集无缝集成。它使数据科学家能够预处理和操作数据，这是准备信息进行模型训练的关键步骤。
模型部署： TensorFlow促进了训练模型在生产环境中的部署，确保了可扩展性和效率。这对于在现实世界应用中实施机器学习解决方案至关重要。
神经网络可视化： 该库提供了可视化和理解神经网络架构和行为的工具。这有助于数据科学家优化模型性能并解释结果。
迁移学习： TensorFlow支持迁移学习，使得可以重用预训练模型进行新任务。这加快了模型开发的速度，并提高了性能，特别是在有限标记数据的场景中。
社区和生态系统： TensorFlow拥有一个充满活力的社区和丰富的预构建模型生态系统，使数据科学家更容易利用现有资源，并在解决数据科学中的复杂问题上进行协作。

7 Tableau

Tableau 是一款强大的数据可视化工具，它使数据科学家能够创建交互式和视觉上吸引人的仪表板和报告。它简化了数据探索和洞察力传达的过程，使其成为数据科学中的一项基本技术。

数据可视化： Tableau因其强大的数据可视化能力而在数据科学中被广泛使用。它将原始数据转化为交互式且易于理解的可视化，便于更容易的解释和分析。
探索性数据分析（EDA）： Tableau通过动态的视觉表示，帮助数据科学家快速探索数据集，识别模式、趋势和异常值。
仪表板创建： 数据科学家利用Tableau创建交互式仪表板，为复杂数据集提供全面的概览。这增强了组织内的沟通和决策过程。
与数据源集成： Tableau与各种数据源无缝集成，使数据科学家能够连接、分析和从不同的平台和数据库中可视化数据。
预测分析： Tableau与统计模型和机器学习算法集成，允许数据科学家执行预测分析并以视觉方式展示结果。
实时分析： 通过实时数据连接，Tableau支持实时分析，使数据科学家能够根据最新信息做出明智的决策。
协作和报告： Tableau通过允许数据科学家通过交互式报告与团队成员分享洞察力，促进了协作，培养了一个更加数据驱动和协作的工作环境。

8 SAS

SAS 是一个全面的软件套件，广泛用于高级分析和商业智能。它提供了广泛的工具和功能，用于数据操作、统计分析和预测建模，使其成为数据科学中的一项宝贵技术。

数据管理： SAS广泛用于高效的数据管理、处理和操作，提供了一套全面的用于数据清洗、转换和集成的工具。
统计分析： SAS提供了一个强大的统计分析平台，使数据科学家能够执行复杂的统计建模、假设检验和回归分析，以得出有意义的洞察。
机器学习： SAS集成了先进的机器学习算法，便于开发和部署用于分类、聚类和回归等任务的预测模型。
数据可视化： SAS提供了强大的数据可视化工具，用于创建有洞察力的图表、图形和仪表板，有助于向技术和非技术利益相关者传达复杂发现。
文本分析： SAS支持文本挖掘和自然语言处理，允许数据科学家从非结构化文本数据（如客户评论或社交媒体评论）中提取有价值的信息。
优化技术： SAS支持解决复杂商业问题的优化技术，有助于决策过程和资源分配。
大数据集成： SAS与大数据平台无缝集成，允许数据科学家高效地分析并从大型数据集中提取洞察。

9 MATLAB

MATLAB 是一种专门为数值计算和数据分析设计的编程语言和环境。它提供了大量的内置函数和工具箱，用于各种数据科学任务，因此在数据科学家中广受欢迎。

数据可视化： MATLAB擅长创建复杂数据集的视觉吸引力表示，通过可定制的图表和图形帮助数据科学家解释模式和趋势。
统计分析： MATLAB提供了一个强大的环境进行统计建模和假设检验，便于深入探索数据分布和关系。
机器学习： 通过内置的库和工具箱，MATLAB支持各种机器学习算法，用于分类、回归和聚类，简化了模型开发和评估。
信号处理： MATLAB的信号处理能力对于分析时间序列数据非常有益，这是数据科学的关键方面，使专业人员能够从信号和传感器数据中提取有意义的信息。
图像处理： 它提供了一套全面的图像分析功能，有助于在计算机视觉中进行特征提取、分割和对象识别等任务。
大数据集成： MATLAB的并行计算特性有助于处理大型数据集，提高了处理大数据挑战的可扩展性和效率。
Simulink集成： 与Simulink的集成允许数据科学家将模拟和基于模型的设计无缝地纳入他们的数据科学工作流程，使他们能够采取全面的方法解决问题。

10 Apache Kafka

Apache Kafka 是一个分布式流处理平台，它能够处理实时数据流。它提供了高吞吐量、容错和可扩展的数据流处理能力，使其成为处理流数据的数据科学家的重要技术。

实时数据流处理：Apache Kafka支持无缝的实时数据流处理，使其成为需要连续且即时数据更新的数据科学应用的理想解决方案。
数据集成和聚合：Kafka是集成和聚合来自各种来源数据的可靠后端，允许数据科学家使用综合和全面的数据集进行工作。
可扩展性和容错性：Kafka的分布式架构确保了可扩展性和容错性，为处理大规模数据科学工作负载提供了强大的平台。
事件驱动架构：Kafka的事件驱动模型与数据科学工作流程很好地对齐，使得对事件的及时响应对于动态数据处理至关重要。
生产者和消费者解耦：Kafka的解耦架构允许数据生产者和消费者之间独立，增强了数据科学工作流程中的灵活性和适应性。
数据转换和处理：Kafka支持流处理，使数据科学家能够在流数据上执行实时转换和分析。
数据管道管理：Kafka简化了复杂数据管道的管理，促进了数据在数据科学工作流程不同阶段之间的高效移动。

11 MongoDB

MongoDB 是一款流行的NoSQL数据库，它为存储和检索非结构化数据提供了高可扩展性和灵活性。它在数据科学中广泛用于处理大量多样化的数据类型，使其成为该领域的一项宝贵技术。

灵活的数据模型：MongoDB的文档导向、NoSQL数据库结构允许在处理多样化数据类型时具有灵活性。它非常适合适应数据科学项目中数据的多变和非结构化特性。
可扩展性：MongoDB的水平扩展能力使得数据存储无缝扩展，确保高效处理数据科学应用中常见的大型数据集。
实时分析：MongoDB支持实时数据处理的能力，在促进即时分析方面发挥了重要作用，这对于时间敏感的数据科学任务和决策至关重要。
聚合框架：MongoDB强大的聚合框架简化了数据操作和转换，使数据科学家能够在数据库内直接执行复杂的分析操作。
地理空间能力：对于涉及基于位置数据分析的项目，MongoDB的本地地理空间索引和查询功能为数据科学应用中的地理空间分析提供了坚实的基础。
与Python和R集成：MongoDB与流行的数据科学编程语言如Python和R无缝集成，简化了数据科学应用的开发和部署。
JSON/BSON格式：MongoDB以JSON/BSON格式存储数据，便于与其他在数据科学工作流中常用的工具进行数据交换和集成。

12 AWS

Amazon Web Services (AWS) 是一个云计算平台，提供广泛的数据存储、处理和分析服务。它为数据科学项目提供可扩展且成本效益高的解决方案，使其成为数据科学家中的首选技术。

可扩展性： AWS提供可扩展的基础设施，允许数据科学家根据需要无缝扩展计算资源，以处理大型数据集和运行复杂算法。
存储解决方案： 通过Amazon S3，AWS提供可扩展且持久的对象存储，使得对数据科学工作流程中至关重要的大量结构化和非结构化数据进行高效且安全存储成为可能。
托管数据库： AWS提供托管数据库服务，如Amazon RDS和Amazon Redshift，简化了数据存储和检索，并促进了结构化数据的高效组织以供分析。
机器学习服务： AWS提供一系列机器学习服务，如Amazon SageMaker，允许数据科学家在不需要大量基础设施管理的情况下，规模化地构建、训练和部署机器学习模型。
成本效益： AWS的按需付费定价模式允许数据科学家通过仅支付其计算资源和存储费用来优化成本，使其成为数据科学项目的成本效益解决方案。
与分析工具集成： AWS与流行的数据科学和分析工具无缝集成，为数据科学家提供一个协同的环境，以便他们可以使用他们偏好的应用和框架。
安全和合规性： AWS优先考虑数据安全，提供具有加密、访问控制和合规认证的强大基础设施，确保数据科学项目中敏感数据的机密性和完整性。

13 GCP

Google Cloud Platform (GCP) 是由谷歌提供的一套云计算服务。它提供了一系列用于数据存储、处理和分析的工具和技术，因此在数据科学家中非常受欢迎。

BigQuery用于数据仓库： Google Cloud Platform (GCP) 提供了BigQuery，这是一个完全托管的无服务器数据仓库，能够快速且可扩展地分析大型数据集。
云存储的数据存储： GCP的Cloud Storage为存储大量数据提供了安全且可扩展的解决方案，确保数据科学应用的数据可访问性和持久性。
AI平台上的机器学习： GCP的AI Platform使数据科学家能够高效地构建、部署和扩展机器学习模型，具有AutoML等特性，用于简化模型开发。
Dataflow用于流处理和批处理： GCP Dataflow允许数据科学家处理和分析实时流数据和批数据，提供了处理多种数据源的灵活性。
TensorFlow和Colab集成： GCP支持TensorFlow，这是一个流行的开源机器学习框架，并与Colab无缝集成，Colab是一个用于数据科学项目的协作平台。
Vertex AI用于端到端机器学习： GCP的Vertex AI提供了一个统一的平台，用于端到端的机器学习开发，从数据准备到模型部署，简化了数据科学工作流程。

14 Apache Cassandra

Apache Cassandra 是一个高度可扩展且分布式的NoSQL数据库，专为在多个服务器上处理大量数据而设计。它提供了高可用性和容错性，使其成为处理大数据的数据科学家的宝贵技术。

可扩展性： Apache Cassandra擅长处理分布式集群中的大量数据，适用于需要可扩展性的数据科学应用。
高可用性： 其去中心化架构确保了高可用性和容错性，对于在数据科学工作流程中保持对数据的持续访问至关重要。
灵活的数据模型： Cassandra的NoSQL列族数据模型允许灵活的模式设计，适应数据科学项目中常见的多样化和不断演变的数据结构。
实时分析： 它能够高速处理读写操作，使Cassandra非常适合实时分析，有助于数据科学过程中的快速决策。
时间序列数据： Cassandra擅长处理时间序列数据，使其对涉及时间分析和趋势预测的数据科学应用具有价值。
分布式计算： Cassandra的分布式特性使得并行处理成为可能，这是大规模数据科学任务中数据密集型计算的关键特性。
支持地理空间数据： 它对地理空间数据类型的支持对空间分析有益，适用于涉及基于位置的洞察力的数据科学应用。

15 Python库

Python库，如NumPy、Pandas和Matplotlib，提供了数据处理、分析和可视化的基本功能。这些库简化了复杂数据科学任务的实现，使它们成为该领域不可或缺的技术。

NumPy：作为数值运算的基础库，NumPy能够高效处理大型数组和矩阵，为数据科学中的数学运算和线性代数提供必要的函数。
Pandas：广泛用于数据操作和分析，Pandas提供了DataFrame等数据结构，允许轻松索引、过滤和清洗数据集。它简化了数据聚合和处理缺失值等任务。
Matplotlib：对于数据可视化至关重要，Matplotlib便于创建各种图表，有助于探索和传达数据趋势和模式。其多功能性使其成为创建信息可视化的基石。
Seaborn：建立在Matplotlib之上，Seaborn专注于统计数据可视化。它简化了复杂可视化的创建，增强了图表的美观性和可解释性。
Scikit-learn：作为一个强大的机器学习库，Scikit-learn提供了数据建模、分类、回归、聚类等工具。它的简单性和广泛的文档使其成为构建预测模型的宝贵资源。
Statsmodels：专注于统计模型，Statsmodels通过提供假设检验、回归分析和时间序列分析的工具，补充了Scikit-learn，为数据科学提供了全面的统计方法。