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通过处理缺失值、去除重复、纠正类型、解决离群值并执行校验模式,清洗与预处理数据集。

本技能让 AI Agent 系统地将原始数据集清洗和预处理为可供分析的形式

功能概述

本技能让 AI Agent 系统地将原始数据集清洗和预处理为可供分析的形式是一项面向实际任务的技能,主要用于Agent 处理缺失值、重复记录、数据类型不匹配、格式不一致、离群值处理,以及归一化;它还可以执行校验模式(validation schema)以确保持续的数据质量;

核心要点

  • 主要工具链是 pandas,并借助 pyjanitor 和 great_expectations 做高级校验;
  • 摄取并探查原始数据。
  • 它将相关步骤、工具调用和结果整理方式集中到统一流程中,帮助使用者更快完成目标并减少重复操作。

使用与执行

从功能定位来看,该技能强调把分散的操作要求整理成清晰、可复用的处理流程,使用户能够围绕既定目标快速准备输入、选择执行方式并获得结构化结果。实际使用前应先确认任务范围、数据来源、运行环境、必要权限和关键参数,再依据技能说明逐步执行;若输入条件不完整,应先补齐信息或采用保守配置,避免因错误假设导致结果偏离需求。

结果检查与注意事项

执行过程中需要关注工具调用是否成功、接口或依赖是否可用、输出格式是否符合预期,并对异常提示、缺失字段和边界情况进行处理;涉及批量任务时,还应保存进度,避免中断后重复操作。该技能适合用于一次性任务,也可以接入自动化工作流,与其他技能或上层代理配合完成更完整的业务链路;在组合使用时,应明确每一步的输入输出关系,并避免不同步骤之间出现参数冲突。

数据清洗

本技能让 AI Agent 系统地将原始数据集清洗和预处理为可供分析的形式。Agent 处理缺失值、重复记录、数据类型不匹配、格式不一致、离群值处理,以及归一化。它还可以执行校验模式(validation schema)以确保持续的数据质量。主要工具链是 pandas,并借助 pyjanitor 和 great_expectations 做高级校验。

工作流

  1. 摄取并探查原始数据。 加载数据集并立即生成质量报告:每列空值计数、识别重复行、对照预期模式检查数据类型,以及标记含混合类型的列。此探查驱动后续每一个清洗决策。

  2. 处理缺失值。 根据数据类型和缺失模式,按列应用策略。对缺失少于 5% 的数值列,使用中位数插补。对类别列,使用众数或专门的"未知"类别。对缺失超过 40% 的列,标记为可能删除,并在丢弃前咨询用户。

  3. 去除重复并解决冲突。 识别精确重复和近似重复(例如,仅空白或大小写不同的行)。对精确重复,保留首次出现的记录。对近似重复,应用带可配置相似度阈值的模糊匹配,并按时效性或完整性合并冲突值。

  4. 纠正数据类型并标准化格式。 将列强制转换为其预期类型——将日期字符串解析为 datetime 对象,将数值字符串转换为浮点数,并将类别值归一化为规范形式。标准化电话号码、邮政编码和货币表示等格式。

  5. 检测并处理离群值。 对对称分布使用 IQR 法(1.5 倍),对正态分布数据使用 z 分数。提供三种处理选项:在边界值处截断(winsorization)、替换为空值以便后续插补,或仅标记模式(注释但保留原始值)。

  6. 校验清洗后的输出。 将清洗后的数据集通过校验规则——非空约束、范围检查、唯一性约束和参照完整性。报告任何剩余违规,并将干净的数据集与一份清洗日志一同保存,日志记录所应用的每一次转换。

支持技术

  • pandas — 核心数据操作与类型强制转换
  • pyjanitor — 清洗操作的链式方法便利
  • great_expectations — 模式校验与数据质量检查
  • fuzzywuzzy — 近似重复检测的模糊字符串匹配
  • numpy — 离群值检测的数值运算

使用方式

为 Agent 提供原始数据集的文件路径,以及可选的 schema 定义,指明预期的列类型、有效范围和唯一性约束。Agent 将产出清洗后的文件和转换日志。

示例

示例 1:用 pandas 清洗混乱的 CSV

import pandas as pd
import numpy as np

# Load raw data
df = pd.read_csv("messy_orders.csv")
print(f"Raw shape: {df.shape}")  # (2340, 8)
print(df.isnull().sum())
# order_id         0
# customer_name   12
# email           45
# order_date      18
# amount          23
# status           0
# region          67
# discount         0

# 1. Fix data types — order_date has mixed formats
df["order_date"] = pd.to_datetime(df["order_date"], format="mixed", dayfirst=False)
df["amount"] = pd.to_numeric(df["amount"], errors="coerce")

# 2. Handle missing values
df["customer_name"] = df["customer_name"].fillna("Unknown")
df["email"] = df["email"].fillna("missing@placeholder.com")
df["amount"] = df["amount"].fillna(df["amount"].median())
df["region"] = df["region"].fillna(df["region"].mode()[0])
df["order_date"] = df["order_date"].fillna(method="ffill")

# 3. Remove duplicates
before = len(df)
df = df.drop_duplicates(subset=["order_id"], keep="first")
print(f"Removed {before - len(df)} duplicate orders")  # Removed 34 duplicate orders

# 4. Standardize categorical values
df["status"] = df["status"].str.strip().str.lower().replace({
    "shipped": "shipped", "ship": "shipped",
    "cancelled": "cancelled", "canceled": "cancelled",
    "pending": "pending", "pend": "pending"
})
df["region"] = df["region"].str.strip().str.title()

# 5. Outlier treatment — cap amounts at IQR bounds
Q1 = df["amount"].quantile(0.25)
Q3 = df["amount"].quantile(0.75)
IQR = Q3 - Q1
lower, upper = Q1 - 1.5 * IQR, Q3 + 1.5 * IQR
df["amount"] = df["amount"].clip(lower=lower, upper=upper)

print(f"Clean shape: {df.shape}")  # (2306, 8)
df.to_csv("clean_orders.csv", index=False)

示例 2:带模式强制的数据校验流水线

import great_expectations as gx

context = gx.get_context()

# Define a validation suite
suite = context.add_expectation_suite("orders_validation")

# Add expectations
suite.add_expectation(
    gx.expectations.ExpectColumnValuesToNotBeNull(column="order_id")
)
suite.add_expectation(
    gx.expectations.ExpectColumnValuesToBeBetween(
        column="amount", min_value=0.01, max_value=50000.00
    )
)
suite.add_expectation(
    gx.expectations.ExpectColumnValuesToBeInSet(
        column="status", value_set=["pending", "shipped", "delivered", "cancelled"]
    )
)
suite.add_expectation(
    gx.expectations.ExpectColumnValuesToBeUnique(column="order_id")
)
suite.add_expectation(
    gx.expectations.ExpectColumnValuesToMatchRegex(
        column="email", regex=r"^[^@]+@[^@]+.[^@]+$"
    )
)

# Run validation against cleaned data
results = context.run_validation(suite, batch=gx.read_csv("clean_orders.csv"))

print(f"Success: {results.success}")
print(f"Passed: {results.statistics['successful_expectations']}/{results.statistics['evaluated_expectations']}")
# Success: True
# Passed: 5/5

最佳实践

  • 在任何转换之前务必保存一份原始数据副本——清洗应当是可复现的,而非破坏性的。
  • 记录每次转换及其计数(例如"用中位数 312.45 填充了 amount 列的 23 个空值"),以创建可审计的清洗轨迹。
  • 优先选择领域知情插补而非机械默认值;当某列的缺失模式非随机(MNAR)时,咨询用户。
  • 尽早且频繁地校验——在每个清洗阶段后运行模式检查,而不仅仅在最后。
  • 将清洗视为迭代过程:第一轮捕获明显问题,但下游分析经常会浮现新的问题。
  • 使用 errors="coerce" 配合 pd.to_numeric 和 pd.to_datetime,将转换失败以 NaN 形式暴露,而非崩溃。

边缘情况

  • 完全为空的列。 如果某列 100% 为空,自动丢弃它并记录警告,而非对零信息尝试插补。
  • 重复的列名。 Pandas 静默允许重复列名。加载时检测它们,并在任何操作之前用后缀(_1、_2)重命名。
  • 编码问题。 如果 read_csv 抛出 UnicodeDecodeError,先用 encoding="latin-1",再试 encoding="cp1252",并记录哪种编码成功。
  • 含多种格式的日期列。 当单列同时包含 "2024-01-15"、"01/15/2024" 和 "Jan 15, 2024" 时,使用 pd.to_datetime(col, format="mixed") 并通过抽查验证解析结果。
  • 以字符串形式存储、带货币符号的数值列。 在类型强制转换前,剥离 $、€、逗号和空白:df["price"].str.replace(r"[$€,s]", "", regex=True).astype(float)。
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