具體描述
編輯推薦
如果你想創建適用於實際生産環境的數據科學模型,那麼Java將是你的****。Java可以調用各種強大的庫(例如MLlib、Weka、DL4j等)。藉助這些庫,你可以使用Java高效地完成各種數據科學任務。
總之,通過學習本書的內容,讀者能掌握各種處理問題的方法,學會如何把數據科學知識應用到實際生産環境中,以及編寫分布式數據科學應用等。本書講解的內容將在實際工作中派上大用場。 內容簡介
現如今,數據科學已經成為一個熱門的技術領域,它涵蓋瞭人工智能的各個方麵,例如數據處理、信息檢索、機器學習、自然語言處理、數據可視化等。而Java作為一門經典的編程語言,在數據科學領域也有著傑齣的錶現。
本書旨在通過Java編程來引導讀者更好地完成數據科學任務。本書通過9章內容,詳細地介紹瞭數據獲取與清洗、索引的建立和檢索數據、統計分析、數據學習、信息的提取、大數據處理、深度學習、數據可視化等重要主題。
本書適閤想通過Java解決數據科學問題的讀者,也適閤數據科學領域的專業人士以及普通Java開發人員閱讀。 作者簡介
Rushdi Shams畢業於加拿大韋仕敦大學,獲得瞭機器學習應用博士學位,主攻方嚮是自然語言處理(Natural Language Processing,NLP)。在成為機器學習與NLP領域的專傢之前,他講授本科生與研究生課程。在YouTube上,他一直運營著一個名為“跟Rushdi一起學”(Learn with Rushdi)的頻道,並且做得有聲有色,該頻道主要麵嚮想學習計算機技術的朋友。 目錄
第 1章 獲取數據與清洗數據 1
1.1 簡介 2
1.2 使用Java從分層目錄中提取所有文件名 3
準備工作 3
操作步驟 3
1.3 使用Apache Commons IO從多層目錄中提取所有文件名 5
準備工作 5
操作步驟 5
1.4 使用Java 8從文本文件一次性讀取所有內容 6
操作步驟 7
1.5 使用Apache Commons IO從文本文件一次性讀取所有內容 7
準備工作 7
操作方法 8
1.6 使用Apache Tika提取PDF文本 8
準備知識 9
操作步驟 9
1.7 使用正則錶達式清洗ASCII文本文件 11
操作步驟 11
1.8 使用Univocity解析CSV文件 12
準備工作 13
操作步驟 13
1.9 使用Univocity解析TSV文件 15
準備工作 15
操作步驟 16
1.10 使用JDOM解析XML文件 17
準備工作 17
操作步驟 18
1.11 使用JSON.simple編寫JSON文件 20
準備工作 20
操作步驟 21
1.12 使用JSON.simple讀取JSON文件 23
準備工作 24
操作步驟 24
1.13 使用JSoup從一個URL提取Web數據 26
準備工作 26
操作步驟 26
1.14 使用Selenium Webdriver從網站提取Web數據 29
準備工作 29
操作步驟 29
1.15 從MySQL數據庫讀取錶格數據 32
準備工作 32
操作步驟 32
第 2章 為數據建立索引與搜索數據 35
2.1 簡介 35
2.2 使用Apache Lucene為數據建立索引 35
準備工作 36
操作步驟 40
工作原理 47
2.3 使用Apache Lucene搜索帶索引的數據 50
準備工作 50
操作步驟 51
第3章 數據統計分析 56
3.1 簡介 57
3.2 生成描述性統計 59
操作步驟 59
3.3 生成概要統計 60
操作步驟 60
3.4 從多種分布生成概要統計 61
操作步驟 62
更多內容 63
3.5 計算頻率分布 64
操作步驟 64
3.6 計算字符串中的詞頻 65
操作步驟 65
工作原理 67
3.7 使用Java 8計算字符串中的詞頻 67
操作步驟 67
3.8 計算簡單迴歸 68
操作步驟 69
3.9 計算普通最小二乘迴歸 70
操作步驟 70
3.10 計算廣義最小二乘迴歸 72
操作步驟 72
3.11 計算兩組數據點的協方差 74
操作步驟 74
3.12 為兩組數據點計算皮爾遜相關係數 75
操作步驟 75
3.13 執行配對t檢驗 76
操作步驟 76
3.14 執行卡方檢驗 77
操作步驟 78
3.15 執行單因素方差分析
(one-way ANOVA test) 79
操作步驟 79
3.16 執行K-S檢驗 81
操作步驟 81
第4章 數據學習Ⅰ 83
4.1 簡介 83
4.2 創建與保存ARFF文件 84
操作步驟 87
4.3 對機器學習模型進行交叉驗證 91
操作步驟 91
4.4 對新的測試數據進行分類 95
準備工作 95
操作步驟 96
4.5 使用過濾分類器對新測試數據分類 102
操作步驟 102
4.6 創建綫性迴歸模型 105
操作步驟 106
4.7 創建邏輯迴歸模型 108
操作步驟 108
4.8 使用K均值算法對數據點
進行聚類 110
操作步驟 110
4.9 依據類彆對數據進行聚類處理 113
操作方法 113
4.10 學習數據間的關聯規則 116
準備工作 116
操作步驟 116
4.11 使用低層方法、過濾方法、元分類器方法選擇特徵/屬性 118
準備工作 119
操作步驟 119
第5章 數據學習Ⅱ 125
5.1 簡介 125
5.2 使用Java機器學習庫(Java-ML)嚮數據應用機器學習 126
準備工作 126
操作步驟 128
5.3 使用斯坦福分類器對數據點分類 137
準備工作 137
操作步驟 140
工作原理 141
5.4 使用MOA對數據點分類 142
準備工作 142
操作步驟 144
5.5 使用Mulan對多標簽數據點進行分類 147
準備工作 147
操作步驟 150
第6章 從文本數據提取信息 154
6.1 簡介 154
6.2 使用Java檢測標記(單詞) 155
準備工作 155
操作步驟 155
6.3 使用Java檢測句子 160
準備工作 160
操作步驟 160
6.4 使用OpenNLP檢測標記(單詞)與句子 161
準備工作 162
操作步驟 163
6.5 使用Stanford CoreNLP從標記中提取詞根、詞性,以及
識彆命名實體 167
準備工作 167
操作步驟 169
6.6 使用Java 8藉助餘弦相似性測度測量文本相似度 171
準備工作 172
操作步驟 172
6.7 使用Mallet從文本文檔提取主題 176
準備工作 177
操作步驟 179
6.8 使用Mallet對文本文檔進行分類 184
準備工作 184
操作步驟 185
6.9 使用Weka對文本文檔進行分類 189
準備工作 190
操作步驟 191
第7章 處理大數據 194
7.1 簡介 194
7.2 使用Apache Mahout訓練在綫邏輯迴歸模型 195
準備工作 195
操作步驟 198
7.3 使用Apache Mahout應用在綫邏輯迴歸模型 202
準備工作 202
操作步驟 203
7.4 使用Apache Spark解決簡單的文本挖掘問題 207
準備工作 208
操作步驟 210
7.5 使用MLib的K均值算法做聚類 214
準備工作 214
操作步驟 214
7.6 使用MLib創建綫性迴歸模型 217
準備工作 217
操作步驟 218
7.7 使用MLib的隨機森林模型對數據點進行分類 222
準備工作 222
操作步驟 223
第8章 數據深度學習 229
8.1 簡介 229
8.2 使用DL4j創建Word2vec神經網絡 241
操作方法 241
工作原理 243
更多內容 246
8.3 使用DL4j創建深度信念神經網絡 246
操作步驟 246
工作原理 250
8.4 使用DL4j創建深度自動編碼器 254
操作步驟 254
工作原理 256
第9章 數據可視化 259
9.1 簡介 259
9.2 繪製2D正弦麯綫 260
準備工作 260
操作步驟 262
9.3 繪製直方圖 266
準備工作 266
操作步驟 268
9.4 繪製條形圖 273
準備工作 274
操作步驟 275
9.5 繪製箱綫圖或箱須圖 279
準備工作 279
操作步驟 281
9.6 繪製散點圖 285
準備工作 285
操作步驟 286
9.7 繪製甜圈圖 289
準備工作 289
操作步驟 290
9.8 繪製麵積圖 294
準備工作 294
操作步驟 295
《Java數據科學實戰:從理論到實踐的進階之路》 概述: 在信息爆炸的時代,數據已成為驅動決策、洞察趨勢、預測未來的核心力量。而Java,作為一種穩定、高效、跨平颱的語言,在構建大規模數據處理係統、企業級應用以及近年來蓬勃發展的大數據生態係統中扮演著舉足輕重的角色。本書《Java數據科學實戰:從理論到實踐的進階之路》旨在為那些已經掌握Java基礎,並渴望將這門語言的強大能力應用於數據科學領域的開發者、分析師和工程師們提供一條清晰、係統且具有實踐指導意義的學習路徑。 本書並非一份泛泛而談的數據科學入門手冊,而是聚焦於如何利用Java強大的工具鏈和生態係統,解決實際數據科學問題。我們將深入探索Java在數據采集、清洗、轉換、建模、分析、可視化以及部署等各個環節的應用,幫助讀者構建堅實的數據科學技能體係,並能夠獨立完成從數據到價值的全過程。 內容亮點與章節解析: 本書的編寫遵循“理論先行,實踐支撐”的原則,力求在傳授核心概念的同時,提供大量可復用的代碼示例和真實案例。我們將從Java在數據科學領域的基礎設施開始,逐步深入到更復雜的算法和應用。 第一部分:Java數據科學基石 第一章:Java在數據科學中的定位與優勢 本章將首先闡述Java作為一種通用編程語言,為何在數據科學領域依然具有強大的生命力和應用價值。我們將對比Java與其他主流數據科學語言(如Python、R)的優劣勢,重點突齣Java在性能、可擴展性、企業級集成、並發處理以及生態係統成熟度方麵的獨特優勢。 我們將探討Java在大數據技術棧中的廣泛應用,例如Hadoop、Spark、Kafka、Flink等,並介紹Java如何作為這些框架的核心開發語言。 本章還將為讀者描繪一個基於Java的數據科學工作流程圖,幫助讀者建立全局觀。 第二章:Java開發環境與數據科學工具鏈 本章將指導讀者搭建高效的Java數據科學開發環境,包括JDK的配置、IDE(如IntelliJ IDEA, Eclipse)的設置,以及Maven/Gradle等構建工具的使用,強調依賴管理的重要性。 我們將重點介紹一係列與數據科學密切相關的Java庫和框架,例如: 數據處理與分析基礎庫: Apache Commons Math、Guava等,用於通用的數學運算、集閤操作等。 數據存儲與訪問: JDBC API,以及針對NoSQL數據庫(如MongoDB, Cassandra)的Java驅動,介紹如何高效地連接和操作各種數據源。 文件I/O與格式處理: Jackson/Gson用於JSON處理,Apache POI用於Excel處理,CSV庫用於CSV文件讀寫。 我們將演示如何在IDE中集成這些庫,並進行基礎的配置,為後續章節的實踐打下基礎。 第三章:Java數據結構與算法在數據科學中的應用 本章將迴顧和深化Java中常用的數據結構(如ArrayList, LinkedList, HashMap, HashSet, TreeMap)以及高級數據結構(如Trie樹, 優先隊列)在處理和組織數據時的應用場景。 我們將探討各種算法(如排序、搜索、圖算法、動態規劃)在數據分析中的作用,並演示如何使用Java高效地實現和應用這些算法。 特彆地,我們將關注數據科學中常見的數據預處理和特徵工程任務,例如去重、排序、分組、聚閤等,並展示如何利用Java的數據結構和算法高效地完成。 第二部分:核心數據科學流程的Java實現 第四章:Java數據采集與接入 本章將詳細介紹如何使用Java從各種數據源進行數據采集。 Web抓取: 使用Jsoup、HtmlUnit等庫進行網頁內容爬取,以及使用HTTP Client(如Apache HttpClient, OkHttp)進行API數據請求。 數據庫連接: 深入講解JDBC的使用,包括連接池、事務管理、參數化查詢,以及如何處理各種數據庫類型(MySQL, PostgreSQL, Oracle等)。 消息隊列集成: 介紹如何使用Java API接入Kafka、RabbitMQ等消息隊列,實現實時數據流的獲取。 文件讀取: 涵蓋各種文件格式(CSV, JSON, XML, Parquet, Avro)的讀取方法,並介紹高效的流式處理技術。 本章將強調數據采集的魯棒性和效率,包括異常處理、重試機製和批量處理。 第五章:Java數據清洗與預處理 本章是數據科學實踐的核心環節。我們將聚焦於使用Java進行高質量的數據清洗和轉換。 缺失值處理: 演示多種策略,如刪除、均值/中位數/眾數填充、插值等。 異常值檢測與處理: 介紹基於統計(如Z-score, IQR)和基於模型(如Isolation Forest)的異常值檢測方法,並討論處理策略。 數據格式統一與標準化: 字符串處理(大小寫轉換、去空格、去除特殊字符)、日期時間格式轉換、數值類型轉換與標準化(Min-Max Scaling, Standardization)。 數據去重與閤並: 演示如何識彆和處理重復記錄,以及如何根據鍵閤並來自不同源的數據。 特徵工程初步: 介紹如何根據業務需求創建新的特徵,例如特徵編碼(One-Hot Encoding, Label Encoding)、特徵組閤、多項式特徵等。 本章將提供大量實用代碼片段,幫助讀者快速實現常見的數據清洗任務。 第六章:Java數據可視化與探索性分析 本章將介紹如何利用Java生成各種類型的數據可視化圖錶,以輔助探索性數據分析(EDA)。 常用圖錶類型: 散點圖、摺綫圖、柱狀圖、餅圖、直方圖、箱綫圖等。 Java可視化庫: 重點介紹JFreeChart、ChartFX等成熟的Java圖錶庫,以及如何通過Java API生成精美的圖錶。 集成Web可視化: 介紹如何將Java後端與前端可視化庫(如ECharts, Chart.js)結閤,實現動態、交互式的數據展示。 探索性數據分析流程: 演示如何通過可視化手段發現數據中的模式、趨勢、關聯和異常,為後續建模提供洞察。 第三部分:Java機器學習與模型構建 第七章:Java機器學習基礎與庫 本章將深入介紹Java在機器學習領域的應用,並重點介紹主流的Java機器學習庫。 WEKA: 介紹WEKA作為一款經典的Java機器學習算法包,其豐富的算法集閤、數據預處理工具和評估模塊。我們將演示如何使用WEKA進行分類、迴歸、聚類等任務。 Apache Mahout: 介紹Mahout在分布式機器學習上的應用,特彆是其與Hadoop的集成,以及在推薦係統、聚類、分類等方麵的能力。 Deeplearning4j (DL4J): 介紹DL4J作為Java生態係統中強大的深度學習框架,支持神經網絡、捲積神經網絡(CNN)、循環神經網絡(RNN)等,並演示其在圖像識彆、自然語言處理等任務中的應用。 其他庫: 簡要介紹Smile、Tribuo等其他值得關注的Java機器學習庫。 本章將重點講解如何加載數據、選擇算法、訓練模型和進行預測。 第八章:監督學習算法的Java實現 本章將詳細演示如何在Java中實現和應用常見的監督學習算法。 分類算法: 邏輯迴歸 (Logistic Regression) 支持嚮量機 (SVM) 決策樹 (Decision Trees) 隨機森林 (Random Forests) 樸素貝葉斯 (Naive Bayes) K近鄰 (K-Nearest Neighbors, KNN) 迴歸算法: 綫性迴歸 (Linear Regression) 嶺迴歸 (Ridge Regression) Lasso迴歸 (Lasso Regression) 多項式迴歸 (Polynomial Regression) 我們將結閤實際數據集,演示每個算法的應用流程,包括特徵選擇、模型訓練、參數調優和性能評估(準確率、精確率、召迴率、F1-score、RMSE、R²等)。 第九章:無監督學習與半監督學習的Java實踐 本章將探討Java在無監督學習和半監督學習任務中的應用。 聚類算法: K-Means DBSCAN 層次聚類 (Hierarchical Clustering) 降維技術: 主成分分析 (PCA) t-SNE (t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding) 關聯規則挖掘: Apriori算法 半監督學習: 介紹半監督學習的基本概念,以及在Java中實現時的策略和挑戰。 我們將通過具體案例,展示如何應用這些技術來發現數據中的隱藏結構和模式。 第十章:深度學習基礎與Java應用(進階) 本章將為讀者提供深度學習的入門知識,並重點展示如何使用Deeplearning4j (DL4J) 進行深度學習模型的構建和訓練。 神經網絡基本原理: 前饋神經網絡、激活函數、損失函數、反嚮傳播算法。 捲積神經網絡 (CNN): 結構、在圖像識彆中的應用。 循環神經網絡 (RNN) 與LSTM/GRU: 結構、在序列數據處理(如文本、時間序列)中的應用。 模型構建與訓練: 使用DL4J API定義網絡結構,加載數據集,配置優化器,進行訓練和評估。 預訓練模型的使用: 介紹如何加載和微調現有的預訓練深度學習模型。 本章將側重於概念的理解和實踐操作,幫助讀者邁入深度學習的大門。 第四部分:實戰應用與部署 第十一章:Java在大數據技術棧中的應用 本章將重點講解Java如何與主流的大數據框架集成,實現大規模數據的處理和分析。 Hadoop生態係統: HDFS: Java API 操作分布式文件係統。 MapReduce: 使用Java編寫MapReduce程序進行批處理。 Hive: 使用Java JDBC連接Hive,執行SQL查詢。 Apache Spark: Spark Core: 使用Java API進行RDD操作。 Spark SQL: 使用Java API進行結構化數據處理。 Spark Streaming/Structured Streaming: 使用Java API進行實時數據流處理。 MLlib: 使用Java API調用Spark的機器學習庫。 Apache Flink: Flink Core: 使用Java API進行有界和無界數據流處理。 Flink SQL: 使用Java API進行流式SQL查詢。 FlinkML: 使用Java API進行機器學習。 Apache Kafka: Java Producer/Consumer API: 構建實時數據管道。 本章將通過示例代碼,展示如何利用這些框架構建端到端的數據處理流水綫。 第十二章:Java數據科學項目部署與集成 本章將指導讀者如何將開發完成的數據科學模型部署到生産環境,並與其他係統進行集成。 模型序列化與反序列化: 使用Java原生序列化、Jackson、Protobuf等方式保存和加載模型。 構建RESTful API服務: 使用Spring Boot、JAX-RS等框架,將模型封裝成可供調用的Web服務。 容器化部署: Docker的應用,將Java數據科學應用打包成Docker鏡像,實現跨平颱部署。 雲平颱集成: 探討在AWS、Azure、GCP等雲平颱上部署Java數據科學應用的基本策略。 持續集成/持續部署 (CI/CD): 介紹如何使用Jenkins、GitLab CI等工具實現數據科學項目的自動化構建、測試和部署。 模型監控與更新: 討論在生産環境中如何監控模型性能,並進行模型的迭代更新。 第十三章:實際案例研究與最佳實踐 本章將通過兩個或三個真實的、具有代錶性的數據科學項目,貫穿本書介紹的核心技術和流程。 案例一: 基於用戶行為數據的推薦係統(涉及數據采集、特徵工程、協同過濾/基於內容的推薦算法實現,模型部署)。 案例二: 金融欺詐檢測(涉及數據預處理、異常值檢測、分類模型訓練與評估,實時API服務)。 案例三: 自然語言處理應用(如文本分類、情感分析,涉及文本預處理、詞嚮量、序列模型應用)。 每個案例都將詳細展示從問題定義、數據探索、模型選擇、實現細節到最終部署的全過程,並總結該案例中的關鍵技術點和最佳實踐。 總結: 《Java數據科學實戰:從理論到實踐的進階之路》是一本麵嚮希望在Java生態係統中深入發展數據科學技術的讀者的指南。本書內容翔實,案例豐富,理論與實踐緊密結閤,旨在幫助讀者掌握利用Java解決復雜數據科學問題的能力,並能夠自信地應對實際工作中的挑戰。通過本書的學習,讀者將能夠熟練運用Java構建高效、可擴展的數據科學解決方案,並在數據驅動的時代釋放Java的無限潛能。