Python 教程：浏览并可视化数据

适用于： SQL Server 2017 (14.x) 及更高版本 Azure SQL 托管实例

在此系列教程的第二部分中（共五部分），你将浏览示例数据，并生成一些图表。 之后，你可了解如何在 Python 中序列化图形对象，然后对这些对象进行反序列化并制作图表。

在本文中，你将：

• 查看示例数据
• 使用 T-SQL 中的 Python 创建绘图

在第一部分中，你安装了必备条件并还原了示例数据库。

在第三部分中，你将学习如何使用 Transact-SQL 函数根据原始数据创建特征。 然后从存储过程调用该函数，创建包含该功能值的表。

在第四部分中，你将加载模块，并调用必要的函数，以使用 SQL Server 存储过程来创建和训练模型。

在第五部分中，你将了解如何操作在第四部分中训练和保存的模型。

查看数据

首先，请花一分钟时间浏览数据架构，因为我们做了一些更改，以便更轻松地使用 NYC 出租车数据

• 原始数据集对出租车标识符和行程记录使用了不同文件。 我们已将两个原始数据集加入列 medallion、hack_license 和 pickup_datetime。
• 原始数据集跨多个文件，且非常庞大。 我们缩减了采样，仅获取 1% 的原始记录。 当前数据表包含 1,703,957 行和 23 列。

出租车标识符

其中的 medallion 列表示出租车的唯一 ID 号。

其中的 hack_license 列包含出租车司机的驾照号码（匿名）。

行程和费用记录

每条行程记录都包括上车和下车地点和时间，以及行程距离。

每条费用记录都包括付费信息，如付款类型、总付款和小费金额。

最后三列可用于各种机器学习任务。 Tip_amount 列包含连续数值，并且可用作回归分析的 label 列。 tipped 列只有是/否值，用于二元分类。 Tip_class 列有多个级别标签，因此可以用作多级分类任务的标签。

标签列使用的值都基于 tip_amount 列，并使用以下业务规则：

• 标签列 tipped 可能的值包括 0 和 1

  如果 tip_amount> 0，则 tipped = 1；否则 tipped = 0

• 标签列 tip_class 可能的类值包括 0-4

  类 0：tip_amount = $0

  类 1：tip_amount> $0 且 tip_amount<= $5

  类 2：tip_amount> $5 且 tip_amount<= $10

  类 3：tip_amount> $10 且 tip_amount<= $20

  类 4：tip_amount> $20

使用 T-SQL 中的 Python 创建绘图

开发数据科学解决方案通常包括深入的数据探索和数据可视化。 由于可视化是理解数据和离群值的分布的强大工具，因此 Python 提供了许多用于可视化数据的包。 Matplotlib 模块是最受欢迎的可视化库之一，其中包含许多用于创建直方图、散点图、箱线图和其他数据浏览图表的函数。

在本部分中，你可了解如何使用存储过程处理各种绘图。 将 Python 对象 plot 存储为 varbinary 数据，然后将其写入可在其他位置共享或查看的文件，而不是在服务器上打开该图像。

创建绘图作为 varbinary 数据

存储过程将序列化的 Python figure 对象作为 varbinary 数据流返回。 无法直接查看二进制数据，但可以在客户端上使用 Python 代码来反序列化和查看这些图形，然后将该图像文件保存到客户端计算机上。

1. 创建存储过程 PyPlotMatplotlib。

   在以下脚本中：

   • 变量 @query 定义查询文本 SELECT tipped FROM nyctaxi_sample，该文本作为脚本输入变量 @input_data_1 的参数传递给 Python 代码块。
   • Python 脚本非常简单：matplotlib figure 对象用于制作直方图和散点图，然后使用 pickle 库对这些对象进行序列化。
   • Python 图形对象序列化为 pandas 数据帧进行输出。

   DROP PROCEDURE IF EXISTS PyPlotMatplotlib;
   GO
   
   CREATE PROCEDURE [dbo].[PyPlotMatplotlib]
   AS
   BEGIN
       SET NOCOUNT ON;
       DECLARE @query nvarchar(max) =
       N'SELECT cast(tipped as int) as tipped, tip_amount, fare_amount FROM [dbo].[nyctaxi_sample]'
       EXECUTE sp_execute_external_script
       @language = N'Python',
       @script = N'
   import matplotlib
   matplotlib.use("Agg")
   import matplotlib.pyplot as plt
   import pandas as pd
   import pickle
   
   fig_handle = plt.figure()
   plt.hist(InputDataSet.tipped)
   plt.xlabel("Tipped")
   plt.ylabel("Counts")
   plt.title("Histogram, Tipped")
   plot0 = pd.DataFrame(data =[pickle.dumps(fig_handle)], columns =["plot"])
   plt.clf()
   
   plt.hist(InputDataSet.tip_amount)
   plt.xlabel("Tip amount ($)")
   plt.ylabel("Counts")
   plt.title("Histogram, Tip amount")
   plot1 = pd.DataFrame(data =[pickle.dumps(fig_handle)], columns =["plot"])
   plt.clf()
   
   plt.hist(InputDataSet.fare_amount)
   plt.xlabel("Fare amount ($)")
   plt.ylabel("Counts")
   plt.title("Histogram, Fare amount")
   plot2 = pd.DataFrame(data =[pickle.dumps(fig_handle)], columns =["plot"])
   plt.clf()
   
   plt.scatter( InputDataSet.fare_amount, InputDataSet.tip_amount)
   plt.xlabel("Fare Amount ($)")
   plt.ylabel("Tip Amount ($)")
   plt.title("Tip amount by Fare amount")
   plot3 = pd.DataFrame(data =[pickle.dumps(fig_handle)], columns =["plot"])
   plt.clf()
   
   OutputDataSet = plot0.append(plot1, ignore_index=True).append(plot2, ignore_index=True).append(plot3, ignore_index=True)
   ',
   @input_data_1 = @query
   WITH RESULT SETS ((plot varbinary(max)))
   END
   GO
   

2. 现在，运行不含参数的存储过程，以通过硬编码为输入查询的数据生成绘图。

   EXEC [dbo].[PyPlotMatplotlib]
   

3. 结果应如下所示：

   plot
   0xFFD8FFE000104A4649...
    0xFFD8FFE000104A4649...
    0xFFD8FFE000104A4649...
    0xFFD8FFE000104A4649...
   

4. 在 Python 客户端中，现在可以连接到生成二进制绘图对象的 SQL Server 实例，并查看绘图。

   为此，请运行以下 Python 代码，根据需要替换服务器名称、数据库名称和凭据（对于 Windows 身份验证，将 UID 和 PWD 参数替换为 Trusted_Connection=True）。 请确保客户端和服务器上的 Python 版本相同。 此外，请确保客户端上的 Python 库（如 matplotlib）与安装在服务器上的库具有相同版本或比后者的版本更高。 要查看已安装包的列表及其版本，请参阅获取 Python 包信息。

   %matplotlib notebook
   import pyodbc
   import pickle
   import os
   cnxn = pyodbc.connect('DRIVER=SQL Server;SERVER={SERVER_NAME};DATABASE={DB_NAME};UID={USER_NAME};PWD={PASSWORD}')
   cursor = cnxn.cursor()
   cursor.execute("EXECUTE [dbo].[PyPlotMatplotlib]")
   tables = cursor.fetchall()
   for i in range(0, len(tables)):
       fig = pickle.loads(tables[i][0])
       fig.savefig(str(i)+'.png')
   print("The plots are saved in directory: ",os.getcwd())
   

5. 如果连接成功，应看到如下所示的消息：

   绘图已保存到目录: xxxx

6. 已在 Python 工作目录中创建输出文件。 要查看绘图，请查找 Python 工作目录，然后打开该文件。 下图显示了保存到客户端计算机上的绘图。

   

后续步骤

本文内容：

• 已查看示例数据
• 已使用 T-SQL 中的 Python 创建绘图

Python 教程：使用 T-SQL 创建数据特征