Python如何计算数据的百分位排名？（百分.排名.计算.数据.Python...）

百分位排名是数据在数据集中的相对位置，而百分位数是特定比例下的数值。1. 百分位数（percentile）是表示一个数值以下数据占比，如第75百分位数是85分，意味着75%的数据低于或等于85；2. 百分位排名（percentile rank）是某数据点低于或等于它的比例，如分数80的排名是62.5%，说明62.5%的数据低于或等于80；3. 两者互补，一个找“值”，一个找“位置”。常见应用场景包括：1. 学生成绩评估，如判断80分超过多少人；2. 儿童健康发育评估，如身高在第50百分位为平均水平；3. 用户消费分析，如识别高价值用户；4. 信用评分风险评估，如排名越高信用风险越低；5. 系统性能测试，如响应时间在第99百分位反映极端情况表现。处理重复值时，scipy.stats.percentileofscore的kind参数有4种选项：1. kind='rank'（默认）计算小于等于该值的比例；2. kind='strict'仅计算严格小于的值；3. kind='weak'与'rank'结果一致，包含等于值；4. kind='mean'取严格小于的百分比与等于的一半之和。缺失值处理需手动清理：1. 删除nan值；2. 用中位数、均值或插值填充；3. 部分库需预处理以确保结果准确。

在Python中计算数据的百分位排名，通常会用到scipy.stats库中的percentileofscore函数。它能告诉你一个特定数值在数据集中所处的百分比位置，也就是有多少比例的数据点低于或等于这个数值。当然，如果你只是想找出某个百分位数对应的数据值，numpy.percentile会更直接。

解决方案

要计算数据的百分位排名，我个人觉得scipy.stats.percentileofscore是首选，因为它直接解决了“排名”这个概念。它会返回一个分数在数据集中等于或低于该分数的观测值的百分比。

这里有个简单的例子，我们来计算一个特定分数在某个班级成绩中的百分位排名：

import numpy as np
from scipy import stats

# 假设这是一组学生的考试成绩
scores = np.array([65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100])

# 我们想知道分数80的百分位排名
score_to_check = 80

# 使用percentileofscore计算百分位排名
# kind='rank' 是默认值，表示计算小于或等于该值的百分比，并考虑了重复值
percentile_rank = stats.percentileofscore(scores, score_to_check, kind='rank')

print(f"分数 {score_to_check} 的百分位排名是: {percentile_rank}%")

# 再来一个例子，如果分数是90呢？
score_to_check_2 = 90
percentile_rank_2 = stats.percentileofscore(scores, score_to_check_2, kind='rank')
print(f"分数 {score_to_check_2} 的百分位排名是: {percentile_rank_2}%")

# 如果数据中有重复值，percentileofscore的kind参数就很重要了
# 比如 scores = np.array([60, 70, 70, 80, 90])，计算70的排名时
# kind='rank' 会取所有小于等于70的比例
# kind='strict' 会取所有严格小于70的比例
# kind='weak' 会取所有小于等于70的比例，但如果有多于一个相同的值，它们都算在内
# kind='mean' 会取严格小于的比例加上等于的比例的一半

而如果你只是想知道第N个百分位数对应的数据值，比如第75百分位是多少分，那numpy.percentile就派上用场了：

# 找出成绩的第75百分位数是多少分
p75_score = np.percentile(scores, 75)
print(f"成绩的第75百分位数是: {p75_score}")

如何理解百分位排名与百分位数的区别？

这俩概念初听起来有点绕，但其实它们是互补的。简单来说，百分位数（Percentile） 是指一个特定的数值，这个数值以下的数据点占据了数据集的某个百分比。比如，如果一个班级考试成绩的第75百分位数是85分，这意味着有75%的学生考了85分或更低。它回答的是“低于多少分能超过X%的人？”或者“X%的人分数在多少分以下？”这类问题。

而百分位排名（Percentile Rank） 则是指一个特定的数据点（或分数）在整个数据集中所处的相对位置，通常表示为有多少百分比的数据点等于或低于这个数据点。它回答的是“我的分数超过了多少百分比的人？”或者“这个数据点在所有数据中排名第几？”。比如，如果你的考试成绩是80分，而你的百分位排名是62.5%，这意味着有62.5%的学生考了80分或更低。

所以，一个是找出“值”，另一个是找出“位置”。在实际分析中，我们往往会根据具体的需求选择使用哪一个。理解它们之间的这种细微但关键的区别，能帮助我们更准确地解读数据。

在数据分析中，百分位排名有哪些常见的应用场景？

百分位排名这东西，用起来真是挺有意思的，而且应用场景也比你想象的要广。我能想到的几个比较典型的：

1. 学生成绩评估与排名： 这是最直观的。一个学生考了80分，光看分数可能不够，但如果知道这80分在全校学生中排名第90百分位，那感觉就完全不一样了。它能帮助家长和老师更客观地评估学生的学习表现，而不是只盯着绝对分数。
2. 健康与成长曲线： 比如儿童的体重、身高发育，医生会根据年龄和性别，将孩子的各项指标与同龄儿童的百分位排名进行比较。一个孩子的身高在第50百分位，说明他身高处于平均水平；如果在第3百分位，可能就需要关注了。这为早期干预提供了依据。
3. 市场调研与用户行为分析： 假设你在分析一个电商平台的用户消费数据。通过计算用户的消费金额百分位排名，你可以识别出“高价值用户”（比如消费金额在第95百分位以上的），或者“普通用户”（在第50百分位左右的）。这对于制定精准营销策略、用户分层管理非常有用。
4. 金融风险管理： 在信用评分模型中，某个客户的信用分值在所有客户中的百分位排名，可以帮助银行评估其违约风险。排名越靠前（百分位越高），通常意味着信用风险越低。
5. 性能基准测试： 在软件或硬件的性能测试中，一个系统的响应时间如果处于所有测试结果的第99百分位，这通常意味着它在绝大多数情况下表现良好，但偶尔会有较慢的响应。这比简单地看平均响应时间更能揭示系统的真实表现。

说白了，百分位排名提供了一种相对的视角，让我们能把一个孤立的数据点放到整个数据集的背景下去看，从而做出更有意义的判断。

处理重复数据或缺失值时，百分位排名计算有哪些注意事项？

在实际的数据处理中，数据往往不会那么“干净”，重复值和缺失值是常态。处理这些情况时，百分位排名计算确实需要一些额外的考量。

关于重复数据：

scipy.stats.percentileofscore在处理重复值时，它的kind参数就显得尤为重要了。这个参数决定了当数据集中存在与你查询的分数相同的数值时，如何计算百分位排名。

• kind='rank' (默认值): 这是最常用的，它计算的是所有小于或等于查询分数的观测值的百分比。如果你的数据是[10, 20, 30, 30, 40]，查询分数是30，那么percentileofscore会认为有4个值（10, 20, 30, 30）小于或等于30，所以排名是4/5 * 100% = 80%。这种方法在很多场景下都比较合理，因为它把所有相同的值都算作“合格”或“达到”。

• kind='strict': 它只计算严格小于查询分数的观测值的百分比。以上面的数据为例，查询30，只有10和20严格小于30，所以排名是2/5 * 100% = 40%。这种方式在某些情况下可能过于严格，因为它完全忽略了与查询值相等的数据点。

• kind='weak': 计算所有小于或等于查询分数的观测值的百分比，但如果存在多个与查询分数相同的数值，它会将它们全部计算在内。在我们的例子中，它和'rank'的结果一样，但在某些统计软件中，'weak'和'rank'的实现细节可能略有不同，scipy里它们表现一致。

• kind='mean': 这是一个比较折衷的方法，它将严格小于查询分数的观测值百分比，与等于查询分数的观测值百分比的一半相加。在[10, 20, 30, 30, 40]中查询30，严格小于的有2个（40%），等于的有2个（40%），那么mean会是40% + (40%/2) = 60%。这种方法试图在“严格”和“宽松”之间找到一个平衡点，常用于统计学上的精确计算。

选择哪种kind取决于你的具体业务需求和对“排名”的定义。我通常会先用'rank'，如果结果不符合预期，再考虑其他选项。

关于缺失值：

这块就比较直接了。大多数Python库（包括numpy和scipy）在计算百分位数或百分位排名时，默认情况下是不会自动处理缺失值（NaN）的。如果你的数据集中存在NaN，这些函数很可能会抛出错误，或者返回NaN，或者给出不符合预期的结果。

因此，在进行百分位排名计算之前，你必须先对缺失值进行处理。常见的策略有：

1. 删除缺失值： 如果缺失值的数量不多，且它们是随机分布的，最简单的方法就是直接删除包含NaN的行或列。

   import pandas as pd
   data_with_nan = np.array([65, 70, np.nan, 80, 85, 90, 95, 100])
   cleaned_data = data_with_nan[~np.isnan(data_with_nan)]
   # 或者如果使用pandas DataFrame/Series
   # df['score'].dropna()

2. 填充缺失值： 如果删除缺失值会导致数据量大幅减少，或者你认为缺失值本身包含信息，可以考虑填充。填充方法有很多，比如用均值、中位数、众数填充，或者使用更复杂的插值方法（如线性插值、多项式插值等）。

   # 用中位数填充
   median_val = np.nanmedian(data_with_nan)
   filled_data = np.nan_to_num(data_with_nan, nan=median_val)

3. 特定函数处理： 某些高级统计库或机器学习库可能会提供内置的缺失值处理选项，但对于基本的百分位计算，手动预处理是更稳妥的做法。

总之，在进行任何统计计算前，花点时间检查和清理数据中的重复值和缺失值，绝对是值得的。这能确保你的计算结果是准确且有意义的。

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