数据导入与数据清洗

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本课介绍

本课我们将学习应用开发和数据管理中重要的环节,数据清洗与导入。先理解数据清洗的定义,认识数据清洗在应用开发中的重要性和适用场景,然后学习数据清洗的具体方法和数据验证过程。掌握数据清洗的关键技能,能够在数据管理的过程中保证数据质量,为保障业务流程、应用的成功运行提供可靠基础。

1.数据清洗的基本概念与重要性

在应用开发和数据管理的过程中,数据质量的优劣直接影响着应用的性能。数据清洗作为确保数据质量的关键步骤,在数据管理的各个阶段都显得至关重要。通过数据清洗,可以提升数据质量,消除干扰因素,为应用开发、上线和维护提供可靠的数据基础。

什么是数据清洗

数据清洗是指对数据进行识别、纠正和删除错误、不完整、不准确或不相关的部分的过程。通过数据清洗,可以确保数据质量,提高数据的可靠性和有效性。

数据清洗是数据预处理的第一步,也是保证后续结果正确的重要一环。若不保证数据的正确性,可能会导致错误的结果,例如由于小数点错误而导致数据放大十倍、百倍甚至更大。在数据量较大的项目中,数据清洗所需时间可能占据整个数据分析过程的一半甚至更多。

数据清洗在应用开发中的重要性

在应用开发和数据管理的过程中,脏数据是一个常见问题,这些数据无法直接使用。通过对脏数据进行清洗,我们可以确保数据质量,提高数据的可靠性和有效性。

脏数据可能会以多种方式产生,以下是一些常见的原因:

  • 人为错误:人为输入错误是导致脏数据的常见原因。例如,数据录入员可能会犯拼写错误、输入错误的数值或选择错误的选项,从而导致数据不准确。

  • 系统故障:系统故障或错误可能导致数据损坏或错误。这可能包括软件错误、硬件故障或通信问题,导致数据在传输或存储过程中出现问题。

  • 数据集成问题:在数据集成过程中,不同数据源之间的格式不一致、数据字段不匹配或数据丢失等问题可能导致脏数据的产生。

  • 缺乏数据验证:缺乏数据验证机制会导致脏数据的积累。如果数据输入时没有进行有效的验证和清洗,可能会导致不完整、不准确或无效的数据进入系统。

  • 数据更新问题:在数据更新过程中,可能会出现更新错误、重复更新或数据版本控制不当等问题,导致脏数据的产生。

  • 数据存储问题:不正确的数据存储方式或存储设备可能导致数据损坏或丢失,从而产生脏数据。

  • 数据传输问题:在数据传输过程中,可能会发生数据丢失、数据损坏或数据篡改等问题,导致脏数据的产生。

数据清洗是关键的环节,有助于消除数据中的混乱和错误,为后续的分析和应用提供可靠的基础。因此,数据清洗在应用开发中扮演着至关重要的角色,是确保应用性能和系统维护的关键步骤。

数据清洗的使用场景

在应用开发和数据管理中,数据清洗的使用场景有三类:应用上线阶段预备业务数据、应用升级数据结构更新和数据库定期维护。

  • 应用上线阶段预备业务数据

在应用上线之前,需要先了解业务需求、收集历史业务数据、设计数据库数据进行应用的开发,从开发到上线可能还涉及到业务的变更、数据结构调整,因此应用上线阶段,数据清洗是必不可少的步骤。通过清洗数据,可以确保应用上线时所使用的数据质量和可靠性,减少错误和问题,为应用的顺利上线和运行提供重要保障。

比如在一个学生管理系统上线之前,需要清洗学生数据以确保准确性和完整性。以下是一个简单的示例 SQL 查询,用于清洗学生表中的无效数据,确保学生数据在系统上线时是干净和一致的:

  1. -- 删除没有学生姓名的记录
  2. DELETE FROM student WHERE studentName IS NULL;
  3. -- 删除重复的学生记录
  4. DELETE s1
  5. FROM student s1
  6. JOIN student s2 ON s1.studentId > s2.studentId
  7. AND s1.studentId = s2.studentId
  • 应用升级数据结构更新

在应用升级过程中,数据结构的更新也是一个非常重要的环节。当应用进行升级时,可能会涉及到数据库结构的变化,新增字段、修改表结构或者引入新的数据源等操作。在这种情况下,对数据结构进行更新和调整同样需要进行数据清洗,避免数据丢失或冗余,以确保数据的一致性、完整性和质量,为应用升级的进行提供必要支持。

假设在学生管理系统的升级过程中,需要更新课程表结构以添加一个新字段。以下是一个简单的示例 SQL 查询,用于更新课程表结构并清洗数据,确保新字段的默认值在所有课程记录中是一致的:

  1. -- 添加新字段 'course_description' 到课程表
  2. ALTER TABLE course ADD COLUMN course_description VARCHAR(255);
  3. -- 更新所有课程记录的 'course_description' 字段为默认值 'No description available'
  4. UPDATE course SET course_description = 'No description available' WHERE course_description IS NULL;
  • 数据库定期维护

数据库定期维护是确保数据库正常运行、数据质量高和性能优越的重要步骤。在数据库运行过程中,数据会不断被插入、更新和删除,可能会导致数据碎片、索引失效等问题。定期维护数据库可以帮助优化数据库性能、确保数据完整性,并减少数据丢失和错误的风险,为业务应用的顺利运行提供有力支持。

比如在学生管理系统中,定期清理无效或过期数据也是必要的。以下是一个简单的示例 SQL 查询,用于删除超过毕业年限的学生数据,以确保数据的及时性和性能:

  1. -- 删除毕业年限超过5年的学生数据
  2. DELETE FROM student WHERE leaveAt < YEAR(NOW()) - 5;

总之,无论是应用开发、升级还是数据库定期维护,数据清洗都是确保数据质量、性能和安全的不可或缺的环节,为保障业务流程、应用的成功运行提供可靠基础。

2.数据清洗使用的工具和方法

当进行数据清洗时,就好像在准备烹饪食物之前清洗、切割和准备食材一样重要。数据清洗是确保数据质量和准确性的关键步骤,接下来我们就了解一下数据清洗使用的工具和一系列常用的数据清洗方法。

常用工具

  • SQL:结构化查询语言(SQL)是处理和管理数据库的强大工具,可用于执行各种数据清洗操作,如删除无效数据、更新记录和调整数据结构。

  • Excel:Excel是一种常用的电子表格工具,可用于快速过滤、排序和清理数据。它提供了各种功能,如筛选、公式计算和数据透视表,有助于进行数据清洗和分析。

  • JavaScript脚本:对于需要自动化和定制化数据清洗流程的任务,JavaScript脚本可以用于编写数据清洗脚本,处理大规模数据并执行复杂的清洗操作。

接下来,我们以SQL为例,学习数据清洗方法。

常用方法

  • 清洗前的预备:对数据收集和理解

在进行数据清洗之前,首先需要对数据进行收集和理解。了解业务需求以及数据的来源、结构和含义可以对数据更好地进行清洗和处理。

  • 处理缺失值

据中可能会存在一些缺失数值或信息,这会影响后续分析的准确性。处理缺失值的方法包括填充缺失值(例如用平均值、中位数填充)、删除包含缺失值的行或列,或者使用插值方法来填充缺失值。

假设有一个学生表,其中的年龄列有一些缺失值,可以使用平均值来填充这些缺失值:

  1. -- 使用平均值填充缺失值的示例
  2. UPDATE student
  3. SET age = (SELECT AVG(age) FROM student WHERE age IS NOT NULL)
  4. WHERE age IS NULL;
  • 处理异常值

异常值可能是由于数据录入错误或异常情况导致的,需要识别和处理。可以使用统计方法或可视化方法来检测异常值,并根据实际情况进行处理。

假设学生表中的年龄列,某些记录显示超过150岁,这明显是异常值,可以这样处理:

  1. -- 删除年龄超过150岁的异常值示例
  2. DELETE FROM student
  3. WHERE age > 150;
  4. -- 使用平均值填充缺失值的示例
  5. UPDATE student
  6. SET age = (SELECT AVG(age) FROM student WHERE age IS NOT NULL)
  7. WHERE age IS NULL;
  • 处理重复值

数据中可能存在重复的记录,这会影响数据分析的结果。识别和去除重复值可以确保数据的唯一性和准确性。

假设合并了两个数据集,但是发现有一些记录是重复的。可以通过对比记录的各个字段来识别重复值,然后删除重复的记录,确保数据的唯一性:

  1. -- 删除重复记录示例
  2. DELETE FROM student
  3. WHERE studentId IN (SELECT studentId FROM student GROUP BY studentId HAVING COUNT(*) > 1);
  • 格式转换和数据类型转换

数据清洗过程中,有时需要将数据格式进行转换,比如将字符串转换为日期格式、将文本转换为数字格式等,以确保数据的一致性和准确性

假设学生表有一个生日列,但是日期是以字符串形式表示的。可以将这些字符串转换为日期格式,以便进行时间序列分析或其他操作:

  1. -- 将字符串日期转换为日期格式的示例
  2. UPDATE student
  3. SET birthdate = STR_TO_DATE(birthdate, '%Y-%m-%d');
  • 数据合并与拆分

在处理多个数据源时,可能需要将不同数据集进行合并或拆分,以便进行综合分析或处理特定部分数据。

假设有学生表和成绩表,一个包含学生信息,另一个包含成绩信息。可以将这两个表根据共同字段比如studentID进行合并,以便分析学生的成绩:

  1. -- 将两个数据表根据共同字段合并的示例
  2. SELECT *
  3. FROM student
  4. JOIN student_score ON student.studentID = student_score.studentID;

3.数据的验证和导入

数据清洗之后,还需要验证和导入。数据验证和导入是非常重要的步骤。它们确保数据正确无误,可靠性高,适合用于决策和分析。通过严格的验证和规范的导入流程,我们可以提高处理效率,降低错误率,保证数据可信可用。这些步骤帮助我们避免问题,确保数据符合需求,让我们做出更好的决策和实现业务目标。

验证清洗的数据

数据验证通常使用与数据清洗相同的工具。以下我们继续以SQL为例,介绍常见的数据验证方法:

  • 数据唯一性验证

检查数据是否存在重复记录,确保每条数据在数据集中是唯一的,避免重复数据对分析结果的影响。例如,我们可以使用 SQL 语句检查学生ID字段是否是唯一的:

  1. -- 检查学生ID字段是否唯一的示例
  2. SELECT COUNT(*), COUNT(DISTINCT customerId)
  3. FROM student;
  • 数据完整性验证

确认数据集中的信息是否完整,包括确保所有必要字段都有值,避免缺失关键信息导致分析失真。例如,我们可以使用 SQL 语句检查学生信息是否完整:

  1. -- 检查学生信息是否完整的示例
  2. SELECT COUNT(*)
  3. FROM student
  4. WHERE studentName IS NULL OR gender IS NULL OR age IS NULL;
  • 数据一致性验证

验证数据中相关字段之间的关系是否一致,确保不同字段中的信息是相互匹配和一致的,避免数据之间的矛盾。例如,我们可以使用 SQL 语句验证学生的邮政编码与所在城市是否匹配:

  1. -- 验证学生的邮政编码与所在城市是否匹配的示例
  2. SELECT *
  3. FROM student
  4. WHERE postal_code NOT LIKE CONCAT(city_code, '%');
  • 数据准确性验证

核对数据的值与源数据的准确性,确保数据在清洗过程中没有发生错误或失真,例如,我们可以检查考试成绩是否准确:

  1. -- 检查考试成绩是否准确的示例
  2. SELECT *
  3. FROM student_score
  4. WHERE total_score <> (score_1 + score_2 + score_3);
  • 数据逻辑验证

检查数据是否符合逻辑规则,获取的数据与常识是否相符,例如,我们可以检查学生的出生日期是否在合理范围内:

  1. -- 检查学生出生日期是否在合理范围内的示例
  2. SELECT *
  3. FROM student
  4. WHERE birthdate < '1900-01-01' OR birthdate > '2024-03-22';

正确导入数据

在确认数据准备就绪后,接下来要将数据导入数据库中。常用的导入方法包括使用SQL和Excel。在进行数据导入之前,请注意以下几点:

使用SQL导入数据时需要注意的事项

  • SQL语句的准确性:确保编写的SQL语句准确无误,包括正确的表名、字段名和数据格式,以避免数据导入错误。

  • 数据类型匹配:导入的数据类型必须与目标表的数据类型匹配,否则可能导致数据截断或错误。

  • 主键和唯一性约束:避免主键冲突和唯一性约束问题,确保导入的数据不会与现有数据产生冲突。

  • 外键约束:如果目标表存在外键约束,导入的数据必须符合外键约束条件,以确保数据一致性。

  • 事务处理:考虑使用事务来包裹数据导入操作,以确保数据在导入过程中的一致性和完整性。

  • 数据量和性能:在导入大量数据时,考虑数据导入的性能影响,可以考虑分批导入或优化导入操作以提高效率。

使用Excel导入数据时需要注意的事项

  • 数据格式:确保Excel中的数据格式与目标表的数据类型匹配,避免数据类型转换错误。

  • 列对应:检查Excel表中的列与目标表的字段对应关系,确保数据导入到正确的字段中。

  • 数据清洗:在导入数据之前,对Excel表中的数据进行清洗和验证,确保数据的准确性和完整性。

  • CSV格式:将Excel数据另存为CSV格式进行导入,以避免格式转换和数据丢失的问题。

  • 空值处理:处理Excel表中可能存在的空值或缺失数据,以确保数据导入的完整性。

  • 数据量:考虑Excel文件大小和数据量,避免导入过大的文件导致性能问题。

通过注意以上事项,可以确保使用SQL和Excel导入数据时的顺利进行,并保证数据的准确性和完整性。

详细操作可以参考003-08课:数据的导出与导入