面向数据科学、机器学习和更多领域的最佳 Python 库

更新于 2024年11月08日


Python 已发展成为最流行的编程语言之一,因为它在各种任务中都具有通用性,从数据处理和分析到机器学习和 Web 开发。除了其灵活性和简单的语法外,Python 还拥有庞大的库和框架生态系统,可以简化复杂的任务并促进快速开发。

虽然 Python 标准库提供了许多开箱即用的本机功能,但可以轻松安装其他开源软件包来扩展 Python 的功能。这意味着数据科学家可以从集中的软件包仓库中选择数百个库,以提高其工作流程的效率。

在本文中,我们将讨论适用于不同用例的顶级 Python 库,以及如何为您的项目选择合适的库。

了解您的需求


由于有如此多的开源 Python 软件包 可用,因此在选择库之前评估您的项目需求非常重要。特定库的功能、易用性和可扩展性可能会影响您的数据科学或机器学习项目的成功。

以下是选择库时要问的一些关键问题

  • 我将处理什么类型的数据?数值、文本、图像?
  • 我需要完成哪些任务?数据分析、可视化、机器学习?
  • 我的 Python 和特定库的技能水平如何?
  • 该库是否能满足我项目的性能要求?
  • 这是该库的最新版本吗?
  • 最新版本的库有哪些依赖项?

按类别划分的流行 Python 库


Python 是数据科学和机器学习的最佳语言,因为它拥有专门为某些类型的项目设计的庞大库和框架生态系统。以下是一些最流行的 Python 库供您考虑。

数据分析和处理

分析和处理数据对于大多数数据科学和机器学习工作流程至关重要。这需要根据特定数据集的大小和格式处理不同数据结构的能力。

NumPy 这样的 Python 库可以提供强大的数组和数学运算功能,而 pandas 可以提供其他数据结构。其他选项包括用于处理大型数据集的 Dask 和用于其他数据需求的 PyData 库的综合生态系统。

数据可视化

数据可视化对于清晰地向利益干系人传达数据科学项目的见解非常重要。不同的 Python 库使数据科学家能够创建适合特定数据集的独特可视化效果。

Matplotlib 为数据可视化提供通用的绘图类型和自定义选项,而 Seaborn 使用其他统计图形扩展了该库。PlotlyBokeh 都非常适合交互式、基于 Web 的可视化,而 Altair 适用于声明式可视化。

机器学习

机器学习是一个专注于构建从训练数据集学习的模型,然后根据新数据进行预测的领域。这需要根据不同的算法创建和训练模型以及将其部署到生产环境的能力。

Scikit-learn 提供了广泛的机器学习算法,而 TensorFlowPyTorch 更侧重于深度学习和神经网络。XGBoostLightGBM 是梯度提升的其他库选项,梯度提升是一种组合较弱的 ML 模型以实现更好性能的方法。

自然语言处理

自然语言处理 (NLP) 是机器学习的一个子集,专注于理解和生成人类语言。这需要将计算语言学应用于大型数据集的功能。

NLTK 是一个文本处理工具包,包含用于分类、分词、词干提取、标记、解析、语义推理、工业强度 NLP 库的包装器等的综合库套件。此外,spaCy 是一种用于实际用例的工业强度 NLP,而 Textblob 可以处理更简单的 NLP 任务。一些数据科学家还使用 Gensim 进行称为主题建模的文本挖掘技术。

为数据科学选择合适的 Python 库


每个数据科学项目都不同,因此根据您的独特需求评估您采用的每个库至关重要。正确的选择可以简化您的数据科学工作流程,提高生产力,并确保您的项目实现其目标。

以下是选择库时的一些关键考虑因素

  • 功能:该库是否提供必要的功能?
  • 易用性:学习曲线是否适合初学者?
  • 性能:该库是否可以扩展以处理大型数据集?
  • 社区:是否有活跃的用户群,并提供资源和支持?
  • 生态系统:该库是否与您项目中的其他依赖项兼容?

重要的是要注意,某些项目可能需要多个库才能满足所有要求。通用库可以处理基本任务,而更专业的库为数据分析、机器学习、科学计算等提供高级功能。这就是为什么了解如何管理多个 Python 项目依赖项并确保兼容性也至关重要的原因。

管理 Python 库的最佳实践


虽然 Python 庞大的库生态系统非常宝贵,但对于大型项目来说,库管理有时会变得复杂。这意味着有效处理 Python 依赖项对于简化数据科学和机器学习工作流程至关重要。

虚拟环境 是隔离项目特定依赖项以简化库管理的好方法。这种隔离有助于避免冲突,即多个项目依赖于同一库的不同版本。这些虚拟环境及其配置也可以跨不同的机器复制,以确保一致性。

pipconda 这样的包管理器有助于安装、更新和管理依赖项,还可以检查不同工具和库之间的兼容性。这消除了管理多个库版本和解决依赖项冲突的许多令人沮丧的工作。

除了包管理器和虚拟环境外,正确的库组织对于可维护性至关重要。数据科学家团队应建立标准化的库结构方法,以便于理解。这包括提供清晰的文档,以帮助其他数据科学家了解某些库的用途和功能。在跨团队和迭代项目工作时,还需要可重复性

除了关注库兼容性外,保持库更新以维护安全性和性能也很重要。过时的库可能会引入漏洞或降低性能,因此定期库更新是开源安全最佳实践的关键。计算等。这就是为什么了解如何管理多个 Python 项目依赖项并确保兼容性也至关重要的原因。

开始您的 Python 项目


虽然 Python 及其生态系统优先考虑灵活性和可读性,但大型数据科学项目仍然可能变得难以管理。使用像 Anaconda 这样的综合平台可以简化库管理,并为不同的项目创建隔离的环境。

Anaconda 是一个强大的数据科学和机器学习平台。它提供了大量的预安装库、强大的包管理器和高效的环境管理功能。该平台附带许多流行的数据处理、分析、可视化和 ML 库,以便用户可以立即开始使用。

此外,Anaconda 还有一个名为 conda 的内置包管理器,它可以轻松安装、更新和管理常用于不同用例的 Python 库。该平台还允许用户创建隔离的环境,每个环境都有自己的一组库。这些功能简化了为不同项目设置和维护环境的过程,而不会遇到依赖项冲突。

庞大而活跃的 Anaconda 社区也为众多开源库的开发和维护做出了贡献。这培养了一个丰富的生态系统,可以补充我们为选择和管理 Python 库而涵盖的最佳实践,以确保您的项目成功。

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