川教版（2019）八年級(jí)下冊(cè)第三單元數(shù)據(jù)分析與處理第2節(jié)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)課堂導(dǎo)入同學(xué)們：上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了測(cè)試體重指數(shù)、肺活量、視力、50米跑、坐位體前屈、立定跳遠(yuǎn)、引體向上、仰臥起坐、長(zhǎng)跑等項(xiàng)目，得到了很多的測(cè)試數(shù)據(jù)。怎么通過這些數(shù)據(jù)來判斷我們是否健康呢？這就需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。我們一起來看看吧!學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握Python中的基本算術(shù)運(yùn)算符。2.了解什么是數(shù)組。3.掌握Python中列表類型的基本操作。4.掌握numpy模塊中常用的數(shù)組操作。5.熟練使用numpy模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。目錄一、Python算術(shù)運(yùn)算符二、數(shù)組三、統(tǒng)計(jì)函數(shù)一、Python算術(shù)運(yùn)算符Python算術(shù)運(yùn)算符要學(xué)習(xí)利用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，首先要學(xué)會(huì)在Python中進(jìn)行計(jì)算。需要知道Python算術(shù)運(yùn)算符。運(yùn)算符描述實(shí)例+加1+2=3-減10-5=5*乘2*3=6/除10/20=0.5//取整除返回除法的商的整數(shù)部分，9//2=4%取余數(shù)返回除法的余數(shù)，9%2=1**冪又稱次方、乘方，2**3=8Python算術(shù)運(yùn)算符在Python中進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算時(shí)，和數(shù)學(xué)中的運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)一致，同樣也是先乘除后加減，同級(jí)運(yùn)算符從左至右計(jì)算，可以使用“()”調(diào)整計(jì)算的優(yōu)先級(jí)。Python中的算術(shù)運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)由高到低的順序排列如下表：運(yùn)算符描述**冪（最高優(yōu)先級(jí)）*/%//乘、除、取余數(shù)、取整除+-加、減練習(xí)請(qǐng)寫出下列算式在Python中的運(yùn)算結(jié)果。3+2*6= 5*6**2= 3*(7+8)=16%3= 28//9= 35/7=18+77%9= 13*9//7= (88-19)/2+34=Python算術(shù)運(yùn)算符Python算術(shù)運(yùn)算符歡歡和他的同學(xué)們進(jìn)行了學(xué)生體質(zhì)健康測(cè)試，其中測(cè)試的身高、體重見下表。姓名性別身高/m體重/kg歡歡男1.6252樂樂女1.6045團(tuán)團(tuán)男1.6143圓圓女1.4632通過這些數(shù)據(jù)，可以計(jì)算每位同學(xué)的體重指數(shù)，體重指數(shù)(BMI)=體重(千克)/身高2(米2）。根據(jù)體重指數(shù)的計(jì)算結(jié)果和八年級(jí)學(xué)生體重指數(shù)等級(jí)表，可以判斷出每位同學(xué)的體重等級(jí)是正常、低體重、超重還是肥胖。Python算術(shù)運(yùn)算符程序代碼如下圖：運(yùn)行結(jié)果如下圖：Python算術(shù)運(yùn)算符根據(jù)八年級(jí)學(xué)生體重指數(shù)等級(jí)表可以看出：歡歡、樂樂、團(tuán)團(tuán)的體重指數(shù)處于正常范圍，而圓圓的體重指數(shù)只有15.012197410395949，屬于低體重。所以圓圓還需要在健康飲食、平衡營(yíng)養(yǎng)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)體育鍛煉。等級(jí)正常低體重超重肥胖男生15.7~22.5≤15.622.6~25.2≥25.3女生15.3~22.2≤15.222.3~24.8≥24.9八年級(jí)學(xué)生體重指數(shù)等級(jí)表二、數(shù)組1.Python列表有序的可變的元素集合稱為列表。在Python中，可以使用“=”運(yùn)算符直接創(chuàng)建列表，列表用[]表示，數(shù)據(jù)之間使用逗號(hào)分隔。體重指數(shù)計(jì)算中的身高和體重?cái)?shù)據(jù)就可以用這種方式生成，但要想對(duì)它們進(jìn)行運(yùn)算，就需要分別取出其中的某一個(gè)元素，再用之前學(xué)習(xí)的for循環(huán)語句來實(shí)現(xiàn)。因此，體重指數(shù)計(jì)算在Python中可以這樣來做，程序代碼如下圖：這里的t[i]表示取t組數(shù)據(jù)中的第i個(gè)元素s[i]表示取s組數(shù)據(jù)中的第i個(gè)元素?cái)?shù)組程序運(yùn)行結(jié)果如下圖：提示：當(dāng)要計(jì)算更多同學(xué)的體重指數(shù)時(shí)，可以把程序中的range(4)改為range(len(t))，這里的len(t)表示數(shù)組t包含數(shù)據(jù)元素的個(gè)數(shù)。數(shù)組2.numpy數(shù)組運(yùn)算在程序設(shè)計(jì)中，為了處理方便，把具有相同類型的若干數(shù)據(jù)按無序的形式組織起來，這些由若干元素構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合稱為數(shù)組。數(shù)組的運(yùn)算可以用numpy模塊來實(shí)現(xiàn)。numpy是第三方程序模塊，它是一個(gè)運(yùn)行速度非?？斓目茖W(xué)計(jì)算模塊，在使用之前必須先進(jìn)行安裝。可以使用如下的命令安裝numpy:pipinstallnumpynumpy模塊的引入和七年級(jí)學(xué)過的turtle模塊的引入方法一樣。例如前面的體重指數(shù)計(jì)算，可以利用numpy模塊創(chuàng)建數(shù)組來實(shí)現(xiàn)。數(shù)組程序代碼如下圖：生成數(shù)組最簡(jiǎn)單的方式就是使用array()函數(shù)，該函數(shù)可以將輸入的一組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)組。輸入的這組數(shù)據(jù)可以是多種形式，例如數(shù)字、字母、漢字等，數(shù)據(jù)間使用逗號(hào)分隔，一個(gè)數(shù)組中的數(shù)據(jù)必須是同一種類型。數(shù)組對(duì)一個(gè)數(shù)組使用數(shù)學(xué)運(yùn)算，實(shí)際上就是對(duì)數(shù)組的每一個(gè)元素進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。例如：程序中的s**2，表示對(duì)s數(shù)組的每一個(gè)元素進(jìn)行次方運(yùn)算。對(duì)兩個(gè)數(shù)組使用數(shù)學(xué)運(yùn)算，實(shí)際上是對(duì)兩個(gè)數(shù)組對(duì)應(yīng)元素進(jìn)行運(yùn)算。例如：程序中的t/s**2，表示t數(shù)組中的每一個(gè)元素與s數(shù)組中對(duì)應(yīng)的每個(gè)元素進(jìn)行運(yùn)算，程序運(yùn)行結(jié)果如下圖：數(shù)組對(duì)比三次計(jì)算體重指數(shù)的運(yùn)行結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，前兩次是在Python環(huán)境中的運(yùn)行結(jié)果，保留的小數(shù)位數(shù)多；第三次是在numpy模塊中的運(yùn)行結(jié)果，保留的小數(shù)位數(shù)少。兩種運(yùn)行環(huán)境對(duì)浮點(diǎn)數(shù)默認(rèn)的精度不同，所以numpy模塊保留的小數(shù)位數(shù)更少一些，這樣可以節(jié)省內(nèi)存，加快運(yùn)算速度。數(shù)組數(shù)組拓展練習(xí):同學(xué)們可以試試運(yùn)行下面的代碼，看看效果。zeros()函數(shù)，可以創(chuàng)建數(shù)組元素全部為0的數(shù)組ones()函數(shù)，可以創(chuàng)建數(shù)組元素全部為1的數(shù)組arange()函數(shù)，可以創(chuàng)建等差數(shù)組，該函數(shù)和之前學(xué)過的range()函數(shù)類似運(yùn)行結(jié)果3.讀寫文本文件當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，將數(shù)據(jù)依次錄入程序容易出錯(cuò)，且效率低。因此，用文件直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)的方法更加準(zhǔn)確、方便。numpy中可以直接導(dǎo)入文本文件。例如：下表是歡歡所在班級(jí)某一次分項(xiàng)目測(cè)試的成績(jī)表。(1)建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表姓名性別體重評(píng)分肺活量50米跑立定跳遠(yuǎn)坐位體前屈800米跑1000米跑1分鐘仰臥起坐引體向上附加分總分歡歡男1515208.57.2020092樂樂女15152077.21707.600團(tuán)團(tuán)男151214.86.66.8016040圓圓女1514.25177.610200802..女1510.21686.61908.500..女151215.2771606.800..女1515167.48190800..女151514.46.47.460900..男151520107.401707.20..女151514.446806.800..男1514.25198.57.4014.40100..男1515207.66.20200910..男151520109018060..女151515.27.67.21708.500..男91212.827.6012030數(shù)組數(shù)組首先將上表中的數(shù)據(jù)復(fù)制到記事本或?qū)懽职?，保存為文本文件“分?xiàng)目成績(jī)表”，如下圖，用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以用空格、逗號(hào)等分隔符分隔。數(shù)組(2）導(dǎo)入數(shù)據(jù)從文件導(dǎo)入可以用loadtxt()函數(shù)。它能從文本文件中讀取數(shù)據(jù)，并以數(shù)組的形式返回。利用loadtxt()函數(shù)導(dǎo)入“分項(xiàng)目成績(jī)表”文件來計(jì)算總分，程序代碼如下圖：提示：如果要對(duì)數(shù)組中的每一列進(jìn)行求和可以用sum(0)來實(shí)現(xiàn)。sum(1)表示對(duì)數(shù)組中的每一行進(jìn)行求和數(shù)組程序運(yùn)行結(jié)果如下圖：(3）導(dǎo)出數(shù)據(jù)這樣的結(jié)果排列方式不便于查看每位同學(xué)的總分，可以利用savetxt()函數(shù)將數(shù)組以指定的格式保存成文本文件。例如：savetxt(“b.txt”,b,fmt='%.2f')表示將數(shù)組b以兩位小數(shù)的形式保存到b.txt文件中。數(shù)組修改上面的程序，代碼如下圖：程序運(yùn)行后得到的文本文件如右圖：數(shù)組4．組合數(shù)組(1)水平組合數(shù)組上圖中只有總分，沒有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，仍不方便查看和對(duì)比，所以需要將計(jì)算出的總分和前面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。將兩個(gè)文件中的數(shù)組合在一起，利用hstack()函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)。hstack()函數(shù)可將兩個(gè)或者多個(gè)數(shù)組水平組合起來形成一個(gè)新的數(shù)組，程序代碼如下圖：hstack()函數(shù)可將兩個(gè)或者多個(gè)數(shù)組水平組合起來形成一個(gè)新的數(shù)組數(shù)組運(yùn)行結(jié)果如下圖：從程序運(yùn)行結(jié)果可以看出，數(shù)組a和數(shù)組b在水平方向首尾連接起來，形成了一個(gè)新的數(shù)組c，這就是數(shù)組的水平組合。數(shù)組(2）垂直組合數(shù)組如果需要將兩個(gè)或多個(gè)數(shù)組垂直組合起來形成一個(gè)新的數(shù)組可以利用vstack()函數(shù)。程序代碼如下圖：利用vstack()函數(shù)將兩個(gè)或多個(gè)數(shù)組垂直組合起來形成一個(gè)新的數(shù)組數(shù)組運(yùn)行結(jié)果如下圖：需要注意的是，所有參加水平組合的數(shù)組行數(shù)必須相同，所有參加垂直組合的數(shù)組列數(shù)必須相同，否則程序會(huì)報(bào)錯(cuò)。數(shù)組在計(jì)算總分的例題中，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)算的總分合并成一個(gè)文件可以按下圖修改程序。數(shù)組運(yùn)行結(jié)果如下圖：數(shù)組練習(xí):1．編寫程序，利用文件導(dǎo)入的方式來計(jì)算本班學(xué)生體質(zhì)健康水平測(cè)試各項(xiàng)目總分。2．編寫程序?qū)⒂?jì)算的總分以文本文件的方式保存。3．編寫程序?qū)⒒A(chǔ)數(shù)據(jù)和總分文件合并，形成完整的總分文件。三、統(tǒng)計(jì)函數(shù)統(tǒng)計(jì)函數(shù)除了前面學(xué)習(xí)過的sum()函數(shù)，numpy模塊還內(nèi)置了很多統(tǒng)計(jì)函數(shù)，這些函數(shù)的使用方法可參考sum()函數(shù)，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇和使用。函數(shù)說明Sum()求和Mean()求平均值Max()取最大值Min()取最小值統(tǒng)計(jì)函數(shù)如果要計(jì)算“分項(xiàng)目測(cè)試成績(jī)表”中各個(gè)項(xiàng)目的平均分，程序代碼如下圖：mean(0)表示對(duì)數(shù)組中的每一列求平均值統(tǒng)計(jì)函數(shù)代碼運(yùn)行結(jié)果如下圖：統(tǒng)計(jì)函數(shù)下表是“國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)”單項(xiàng)指標(biāo)與權(quán)重（八年級(jí))。我們將剛才計(jì)算的結(jié)果與這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真觀察，看看能從中發(fā)現(xiàn)些什么呢?根據(jù)學(xué)生的回答，老師進(jìn)行歸納總結(jié)：對(duì)于這些不夠理想的指標(biāo)，我們需要進(jìn)行有針對(duì)性的鍛煉。例如，長(zhǎng)跑差說明耐力素質(zhì)差，應(yīng)強(qiáng)化耐力訓(xùn)練；引體向上差說明上肢力量差，應(yīng)強(qiáng)化力量訓(xùn)練。爭(zhēng)取取得進(jìn)步，從而不斷提高自身的體質(zhì)健康水平。項(xiàng)目體重指數(shù)(BMl)肺活量50米跑立定跳遠(yuǎn)坐位體前屈800米跑（女）1000米跑（男）1分鐘仰臥起坐（女）引體向上附加分權(quán)重/%15152010102020101020統(tǒng)計(jì)函數(shù)練習(xí):1．編寫程序計(jì)算本班學(xué)生健康水平測(cè)試各項(xiàng)目的平均分。2．建立本班學(xué)生立定跳遠(yuǎn)項(xiàng)目成績(jī)表，編寫程序找出本班立定跳遠(yuǎn)項(xiàng)目跳出的最遠(yuǎn)距離。當(dāng)我們實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析和處理之后，就該考慮將我們處理好的數(shù)據(jù)生成統(tǒng)計(jì)圖表，便于進(jìn)行更直觀的可視化分析，從而給我們提供一些更科學(xué)、更精準(zhǔn)的建議。下節(jié)課我們將要學(xué)習(xí)如何繪制統(tǒng)計(jì)圖，請(qǐng)同學(xué)們提前做好預(yù)