python机器学习库常用汇总
辉兔子 2019-04-29
汇总整理一套Python网页爬虫，文本处理，科学计算，机器学习和数据挖掘的兵器谱。
1. Python网页爬虫工具集
一个真实的项目，一定是从获取数据开始的。无论文本处理，机器学习和数据挖掘，都需要数据，除了通过一些渠道购买或者下载的专业数据外，常常需要大家自己动手爬数据，这个时候，爬虫就显得格外重要了，幸好，Python提供了一批很不错的网页爬虫工具框架，既能爬取数据，也能获取和清洗数据，也就从这里开始了：
1.1 Scrapy
鼎鼎大名的Scrapy，相信不少同学都有耳闻，课程图谱中的很多课程都是依靠Scrapy抓去的，这方面的介绍文章有很多，推荐大牛pluskid早年的一篇文章：《Scrapy 轻松定制网络爬虫》，历久弥新。
官方主页：http://scrapy.org/
Github代码页: https://github.com/scrapy/scrapy
1.2 Beautiful Soup
客观的说，Beautifu Soup不完全是一套爬虫工具，需要配合urllib使用，而是一套HTML / XML数据分析，清洗和获取工具。
官方主页：http://www.crummy.com/software/BeautifulSoup/
1.3 Python-Goose
Goose最早是用Java写得，后来用Scala重写，是一个Scala项目。Python-Goose用Python重写，依赖了Beautiful Soup。前段时间用过，感觉很不错，给定一个文章的URL, 获取文章的标题和内容很方便。
Github主页：https://github.com/grangier/python-goose
2. Python文本处理工具集
从网页上获取文本数据之后，依据任务的不同，就需要进行基本的文本处理了，譬如对于英文来说，需要基本的tokenize，对于中文，则需要常见的中文分词，进一步的话，无论英文中文，还可以词性标注，句法分析，关键词提取，文本分类，情感分析等等。这个方面，特别是面向英文领域，有很多优秀的工具包，我们一一道来。
2.1 NLTK ― Natural Language Toolkit
搞自然语言处理的同学应该没有人不知道NLTK吧，这里也就不多说了。不过推荐两本书籍给刚刚接触NLTK或者需要详细了解NLTK的同学: 一个是官方的《Natural Language Processing with Python》，以介绍NLTK里的功能用法为主，同时附带一些Python知识，同时国内陈涛同学友情翻译了一个中文版，这里可以看到：推荐《用Python进行自然语言处理》中文翻译-NLTK配套书；另外一本是《Python Text Processing with NLTK 2.0 Cookbook》，这本书要深入一些，会涉及到NLTK的代码结构，同时会介绍如何定制自己的语料和模型等，相当不错。
官方主页：http://www.nltk.org/
Github代码页：https://github.com/nltk/nltk
2.2 Pattern
Pattern由比利时安特卫普大学CLiPS实验室出品，客观的说，Pattern不仅仅是一套文本处理工具，它更是一套web数据挖掘工具，囊括了数据抓取模块（包括Google, Twitter, 维基百科的API，以及爬虫和HTML分析器），文本处理模块（词性标注，情感分析等），机器学习模块(VSM, 聚类，SVM）以及可视化模块等，可以说，Pattern的这一整套逻辑也是这篇文章的组织逻辑，不过这里我们暂且把Pattern放到文本处理部分。我个人主要使用的是它的英文处理模块Pattern.en, 有很多很不错的文本处理功能，包括基础的tokenize, 词性标注，句子切分，语法检查，拼写纠错，情感分析，句法分析等，相当不错。
官方主页：http://www.clips.ua.ac.be/pattern
2.3 TextBlob: Simplified Text Processing
TextBlob是一个很有意思的Python文本处理工具包，它其实是基于上面两个Python工具包NLKT和Pattern做了封装（TextBlob stands on the giant shoulders of NLTK and pattern, and plays nicely with both），同时提供了很多文本处理功能的接口，包括词性标注，名词短语提取，情感分析，文本分类，拼写检查等，甚至包括翻译和语言检测，不过这个是基于Google的API的，有调用次数限制。TextBlob相对比较年轻，有兴趣的同学可以关注。
官方主页：http://textblob.readthedocs.org/en/dev/
Github代码页：https://github.com/sloria/textblob
2.4 MBSP for Python
MBSP与Pattern同源，同出自比利时安特卫普大学CLiPS实验室，提供了Word Tokenization, 句子切分，词性标注，Chunking, Lemmatization，句法分析等基本的文本处理功能，感兴趣的同学可以关注。
官方主页：http://www.clips.ua.ac.be/pages/MBSP
2.5 Gensim: Topic modeling for humans
Gensim是一个相当专业的主题模型Python工具包，无论是代码还是文档，我们曾经用《如何计算两个文档的相似度》介绍过Gensim的安装和使用过程，这里就不多说了。
官方主页：http://radimrehurek.com/gensim/index.html
github代码页：https://github.com/piskvorky/gensim
2.6 langid.py: Stand-alone language identification system
语言检测是一个很有意思的话题，不过相对比较成熟，这方面的解决方案很多，也有很多不错的开源工具包，不过对于Python来说，我使用过langid这个工具包，也非常愿意推荐它。langid目前支持97种语言的检测，提供了很多易用的功能，包括可以启动一个建议的server，通过json调用其API，可定制训练自己的语言检测模型等，可以说是“麻雀虽小，五脏俱全”。
Github主页：https://github.com/saffsd/langid.py
2.7 Jieba: 结巴中文分词
“结巴”中文分词：做最好的Python中文分词组件 “Jieba” (Chinese for “to stutter”) Chinese text segmentation: built to be the best Python Chinese word segmentation module.
好了，终于可以说一个国内的Python文本处理工具包了：结巴分词，其功能包括支持三种分词模式（精确模式、全模式、搜索引擎模式），支持繁体分词，支持自定义词典等，是目前一个非常不错的Python中文分词解决方案。
Github主页：https://github.com/fxsjy/jieba
3. Python科学计算工具包
说起科学计算，大家首先想起的是Matlab，集数值计算，可视化工具及交互于一身，不过可惜是一个商业产品。开源方面除了GNU Octave在尝试做一个类似Matlab的工具包外，Python的这几个工具包集合到一起也可以替代Matlab的相应功能：NumPy+SciPy+Matplotlib+iPython。同时，这几个工具包，特别是NumPy和SciPy，也是很多Python文本处理 & 机器学习 & 数据挖掘工具包的基础，非常重要。最后再推荐一个系列《用Python做科学计算》，将会涉及到NumPy, SciPy, Matplotlib，可以做参考。
3.1 NumPy
NumPy几乎是一个无法回避的科学计算工具包，最常用的也许是它的N维数组对象，其他还包括一些成熟的函数库，用于整合C/C++和Fortran代码的工具包，线性代数、傅里叶变换和随机数生成函数等。NumPy提供了两种基本的对象：ndarray（N-dimensional array object）和 ufunc（universal function object）。ndarray是存储单一数据类型的多维数组，而ufunc则是能够对数组进行处理的函数。
3.2 SciPy：Scientific Computing Tools for Python
“SciPy是一个开源的Python算法库和数学工具包，SciPy包含的模块有最优化、线性代数、积分、插值、特殊函数、快速傅里叶变换、信号处理和图像处理、常微分方程求解和其他科学与工程中常用的计算。其功能与软件MATLAB、Scilab和GNU Octave类似。 Numpy和Scipy常常结合着使用，Python大多数机器学习库都依赖于这两个模块。”―-引用自“Python机器学习库”
3.3 Matplotlib
matplotlib 是python最著名的绘图库，它提供了一整套和matlab相似的命令API，十分适合交互式地进行制图。而且也可以方便地将它作为绘图控件，嵌入GUI应用程序中。Matplotlib可以配合ipython shell使用，提供不亚于Matlab的绘图体验，总之用过了都说好。
4. Python 机器学习 & 数据挖掘 工具包
机器学习和数据挖掘这两个概念不太好区分，这里就放到一起了。这方面的开源Python工具包有很多，这里先从熟悉的讲起，再补充其他来源的资料，也欢迎大家补充。
4.1 scikit-learn: Machine Learning in Python
首先推荐大名鼎鼎的scikit-learn，scikit-learn是一个基于NumPy, SciPy, Matplotlib的开源机器学习工具包，主要涵盖分类，回归和聚类算法，例如SVM， 逻辑回归，朴素贝叶斯，随机森林，k-means等算法，代码和文档都非常不错，在许多Python项目中都有应用。例如在我们熟悉的NLTK中，分类器方面就有专门针对scikit-learn的接口，可以调用scikit-learn的分类算法以及训练数据来训练分类器模型。
4.2 Pandas: Python Data Analysis Library
Pandas也是基于NumPy和Matplotlib开发的，主要用于数据分析和数据可视化，它的数据结构DataFrame和R语言里的data.frame很像，特别是对于时间序列数据有自己的一套分析机制，非常不错。这里推荐一本书《Python for Data Analysis》，作者是Pandas的主力开发，依次介绍了iPython, NumPy, Pandas里的相关功能，数据可视化，数据清洗和加工，时间数据处理等，案例包括金融股票数据挖掘等，相当不错。
官方主页：http://pandas.pydata.org/
4.3 mlpy C Machine Learning Python
官方主页：http://mlpy.sourceforge.net/
4.4 PyBrain
“PyBrain(Python-Based Reinforcement Learning, Artificial Intelligence and Neural Network)是Python的一个机器学习模块，它的目标是为机器学习任务提供灵活、易应、强大的机器学习算法。（这名字很霸气）
PyBrain正如其名，包括神经网络、强化学习(及二者结合)、无监督学习、进化算法。因为目前的许多问题需要处理连续态和行为空间，必须使用函数逼近(如神经网络)以应对高维数据。PyBrain以神经网络为核心，所有的训练方法都以神经网络为一个实例。”
4.5 Theano
“Theano 是一个 Python 库，用来定义、优化和模拟数学表达式计算，用于高效的解决多维数组的计算问题。Theano的特点：紧密集成Numpy；高效的数据密集型GPU计算；高效的符号微分运算；高速和稳定的优化；动态生成c代码；广泛的单元测试和自我验证。自2007年以来，Theano已被广泛应用于科学运算。theano使得构建深度学习模型更加容易，可以快速实现多种模型。PS：Theano，一位希腊美女，Croton最有权势的Milo的女儿，后来成为了毕达哥拉斯的老婆。”
4.6 Pylearn2
“Pylearn2建立在theano上，部分依赖scikit-learn上，目前Pylearn2正处于开发中，将可以处理向量、图像、视频等数据，提供MLP、RBM、SDA等深度学习模型。”
