在这个数据驱动的时代，数据科学已经成为跨学科研究和应用的前沿领域。它不只是一种技术或方法论，更是一种解决问题的思维方式。本书旨在桥接理论与实践之间的鸿沟，为读者提供一条全面且深入的数据科学学习和应用路径。 读者对象 本书主要面向三类读者：一是在校学生，特别是那些对数据科学有浓厚兴趣，并希望在学术研究中应用数据科学方法的学生；二是科研人员和数据分析师，他们可以通过本书深化对数据科学理论的理解，并探索更多实验方法；三是所有对数据科学领域感兴趣的自学者，无论他们的学术背景如何，都可以通过阅读本书获得系统的学习和实践指导。 书籍特色 本书的一个显著特色是理论和实践的平衡。本书不仅深入探讨了数据科学的核心理论基础，如概率统计、机器学习和深度学习等，还详细介绍了如何将这些理论应用于实际的科研项目和实验中。此外，本书还包括大量的案例研究和实践练习，旨在帮助读者更好地理解和掌握数据科学方法。 内容介绍 本书共分为四个部分：第一部分为基础篇，主要介绍数据科学的基础理论和概念；第二部分为深化篇，主要对机器学习和深度学习的高级主题进行深入探讨；第三部分为进阶实践篇，主要聚焦于实验设计和数据分析的高级技巧；第四部分为面向未来篇，主要探讨数据科学的前沿趋势与未来展望。 编者在编写本书的过程中，得到了许多人的帮助和支持。首先要感谢在编写过程中提供意见和建议的所有专家、学者，他们的专业知识和宝贵意见极大地提高了本书的质量。同时，特别感谢张家丰、韩雨伯、朱文瑞、王嘉豪、刘书铭、李燕、马宇恒在本书编写过程中给予的宝贵帮助和支持。此外，还要感谢家人和朋友，他们的理解和支持使我们能够专注于完成这项工作。 希望本书能够成为你数据科学学习和研究旅程中的宝贵资源与伙伴。 编者 2024年6月5日

基础篇 数据科学基础与实践
第1章 数据科学概览
1.1 数据科学的历史背景和重要性
1.1.1 数据科学的历史背景
1.1.2 数据科学的重要性
1.2 数据科学的重要概念和知识体系
1.2.1 数据科学的重要概念
1.2.2 数据科学的知识体系
1.3 数据科学与其他学科的联系和区别
1.3.1 数据科学与其他学科的联系
1.3.2 数据科学与其他学科的区别
第2章 数据科学的应用领域
2.1 智慧城市与数据驱动的城市管理
2.1.1 交通管理
2.1.2 环境保护
2.1.3 能源管理
2.1.4 公共安全
2.2 环境科学中的数据应用
2.2.1 环境监测与数据分析
2.2.2 环境风险预测与管理
2.2.3 环保政策评估与优化
2.3 物联网的数据集成与分析
2.3.1 物联网的数据集成
2.3.2 物联网数据的分析与应用
2.3.3 物联网面临的挑战与发展
2.4 制造业中的过程优化与质量控制
2.4.1 过程优化
2.4.2 质量控制
2.5 能源行业的数据分析与决策支持
2.5.1 优化能源生产
2.5.2 风险管理和决策支持
2.5.3 消费者行为分析
第3章 数据处理与分析技能
3.1 数据分析的数学基础：概率论、统计学和线性代数
3.1.1 概率论与数据科学
3.1.2 统计学与数据科学
3.1.3 线性代数与数据科学
3.2 数据预处理：清洗、整合与转换
3.2.1 数据清洗
3.2.2 数据整合
3.2.3 数据转换
3.3 数据管理：高效的数据存储与访问方法
3.3.1 数据存储策略
3.3.2 数据访问方法
第4章 数据分析与可视化入门
4.1 探索性数据分析的基本方法
4.1.1 数据集的初步了解
4.1.2 描述性统计分析的运用
4.1.3 数据可视化技术的精选应用
4.1.4 假设的形成
4.2 数据可视化的原则与工具
4.2.1 数据可视化的原则
……
深化篇 机器学习与深入探索
第5章 机器学习的基础知识
第6章 对机器学习与智能分析的深入探讨
进阶实践篇 实验设计与分析
第7章 实验设计与数据初步分析
第8章 数据分析的高级技巧
第9章 实验案例分析
面向未来篇 数据科学的未来展望
第10章 数据科学的前沿趋势与未来展望
附录A 相关技术、概念详解
附录B 编程语言快速参考