【毕业设计】大数据共享单车数据分析系统 - python

0 前言

🔥 Hi，大家好，这里是丹成学长的毕设系列文章！

🔥 对毕设有任何疑问都可以问学长哦!

这两年开始，各个学校对毕设的要求越来越高，难度也越来越大… 毕业设计耗费时间，耗费精力，甚至有些题目即使是专业的老师或者硕士生也需要很长时间，所以一旦发现问题，一定要提前准备，避免到后面措手不及，草草了事。

为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设，学长分享优质毕业设计项目，今天要分享的新项目是

🚩 基于大数据的共享单车数据分析

🥇学长这里给一个题目综合评分(每项满分5分)

• 难度系数：4分
• 工作量：4分
• 创新点：3分

🧿 选题指导, 项目分享：

https://gitee.com/yaa-dc/BJH/blob/master/gg/cc/README.md

1 项目背景

公共交通工具的“最后一公里”是城市居民出行采用公共交通出行的主要障碍，也是建设绿色城市、低碳城市过程中面临的主要挑战。
共享单车（自行车）企业通过在校园、地铁站点、公交站点、居民区、商业区、公共服务区等提供服务，完成交通行业最后一块“拼图”，带动居民使用其他公共交通工具的热情，也与其他公共交通方式产生协同效应。

共享单车是一种分时租赁模式，也是一种新型绿色环保共享经济。自2014年ofo首次提出共享单车概念，至今已陆续产生了25个共享单车品牌，与传统的有桩借还自行车相比，无桩的共享单车自由度更高，广受用户好评。

本次分析拟取2017年5月中旬某共享单车在北京地区的车辆订单数据，从时间、空间、频次三个维度进行分析，对该品牌共享单车的发展方向提出改善性意见。

2 项目分析思维导图

3 项目分析具体步骤

3.1 读取数据

from geopy.geocoders import BaiduV3
from geopy import distance
import geohash as gh
import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from pyecharts.charts import *
from pyecharts import options as opts
import datetime
%matplotlib inline

fpath="../data/shared-bakes/train.csv"
df_shared_bakes=pd.read_csv(fpath,encoding="gbk")


df_shared_bakes.head()
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3.2 数据分析

3.1.1 数据预处理——每日使用量分析

df_shared_bakes_time_sorted=df_shared_bakes.sort_values(by="starttime")
df_shared_bakes_time_sorted.head()
1
2

#完整数据的时间跨度为2017-5-10至2017-5-24，历时15天
early=df_shared_bakes_time_sorted.iloc[0,:]
last=df_shared_bakes_time_sorted.iloc[-1,:]
print(early.starttime)
print(last.starttime)

df_shared_bakes_time_in_range=df_shared_bakes_time_sorted.loc[df_shared_bakes_time_sorted["starttime"]<"2017-05-17",:]
df_shared_bakes_time_in_range.iloc[-1,:]

#提取连续7天数据的1%用于时间维度的分析
df_shared_bakes_data_used=df_shared_bakes_time_in_range.loc[df_shared_bakes_time_in_range.index%100==0,:]
df_shared_bakes_data_used.info()

#2017-05-10是星期三
#对比7天内每天的用户总量，分析工作日与周末的使用量是否存在差异
df_used_by_date=df_shared_bakes_data_used
a=df_used_by_date["starttime"].str.split(" ",expand=True)
#a
df_used_by_date.loc[:,"startdate"]=a.loc[:,0]
df_used_by_date.loc[:,"startetime"]=a.loc[:,1]
#df_used_by_date.head()
s_used_by_date=df_used_by_date.groupby("startdate").count()["userid"]
s_used_by_date
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3.1.2 连续7天的单日使用分析结论

• 工作日相较于周末使用量更多
• 分别比较工作日与周末的使用量，整体趋势为稳步增长趋势

#工作日比周末（13，14日）的使用量更多
bar_used_by_date=(Bar()
    .add_xaxis(list(s_used_by_date.index))
    .add_yaxis("每日单车使用次数/100",list(s_used_by_date))
    .set_global_opts(
                    title_opts={"text":"连续7天的单日使用量统计","subtext":"取连续7天数据的1%进行统计"})
    )

bar_used_by_date.render_notebook()
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#工作日平均每天的使用量占比约为54.23%,周末平均每天使用量占比45.77%
workday_used_mean=s_used_by_date[s_used_by_date.index.isin(["2017-05-10","2017-05-11","2017-05-12","2017-05-15","2017-05-16"])].sum()/5
weekend_used_mean=s_used_by_date[s_used_by_date.index.isin(["2017-05-13","2017-05-14"])].sum()/2
#print(workday_used_mean)
#print(weekend_used_mean)
weekend_pct=round(weekend_used_mean*100/(weekend_used_mean+workday_used_mean),2)
workday_pct=round(workday_used_mean*100/(weekend_used_mean+workday_used_mean),2)

pie_used_data=[["workday "+str(workday_pct)+"%",workday_used_mean],["weekend "+str(weekend_pct)+"%",weekend_used_mean]]
pie_used=(Pie()
         .add("",pie_used_data,center=["35%","50%"],radius=[0,175])
         .set_global_opts(title_opts=opts.TitleOpts(title="工作日与周末平均使用量占比统计")))

pie_used.render_notebook()
#s_used_by_date.sum()
#s_used_by_date.sum()
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3.1.3 数据预处理——每日不同时间段的使用量分析

#提取小时信息，用于每日不同时间段的使用量分析
df_used_by_date.loc[:,"hour"]=df_used_by_date["startetime"].str.slice(0,2)
#df_used_by_date.loc[:,"startetime"]
df_used_by_date.head()
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#将数据分为7个单日，分布分析每日不同时间段的使用量
Wednesday=df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-10",:]
Thursday=df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-11",:]
Friday=df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-12",:]
Saturday=df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-13",:]
Sunday=df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-14",:]
Monday=df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-15",:]
Tuesday=df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-16",:]
Wednesday_used=Wednesday.groupby("hour").count()["userid"]
Thursday_used=Thursday.groupby("hour").count()["userid"]
Friday_used=Friday.groupby("hour").count()["userid"]
Saturday_used=Saturday.groupby("hour").count()["userid"]
Sunday_used=Sunday.groupby("hour").count()["userid"]
Monday_used=Monday.groupby("hour").count()["userid"]
Tuesday_used=Tuesday.groupby("hour").count()["userid"]

#对比每一天不同时间的使用量，分析是否存在有规律的使用峰值等特征
#工作日与周末分布有不同的分布规律，分别分析
Line_used_by_time=(Line()
                   .add_xaxis(list(Wednesday_used.index))
                   .add_yaxis("Wednesday",Wednesday_used)
                   .add_yaxis("Thursday",Thursday_used)
                   .add_yaxis("Friday",Friday_used)
                   .add_yaxis("Saturday",Saturday_used)
                   .add_yaxis("Sunday",Sunday_used)
                   .add_yaxis("Monday",Monday_used)
                   .add_yaxis("Tuesday",Tuesday_used)
                   .set_series_opts(
                                    label_opts=opts.LabelOpts(is_show=False))
                   .set_global_opts(
                                    title_opts=opts.TitleOpts(title="连续7天单日不同时间段使用量统计",subtitle="取连续7天数据的1%进行统计"),
                                    legend_opts=opts.LegendOpts(pos_left="right"))
                   )

Line_used_by_time.render_notebook()
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3.1.4 每日不同时间段使用量分析结论

• 工作日早晚各有一个峰值，中午12点有一个小峰值,说明工作日的单车使用时间符合通勤高峰时间规律，工作日的使用场景以通勤为主，还伴有部分午餐时间的使用
• 周末在8点至21点区间内使用量平缓分布，中午11至12点、晚5点至7点各有一个小高峰，说明周末的单车使用时间与午餐、晚餐时间相关，即周末的使用场景以休闲、聚餐为主
• 结合前述单日总使用量的对比，通勤需求产生的使用量更大，可能产生潮汐现象（后续具体分析）
• 可以选择工作日非高峰时段或周末进行单车维修、保养等工作

#对比工作日与周末不同时间的使用量，分析分布规律
Line_used_by_time_new=(Line()
                   .add_xaxis(list(Weekend_used.index))
                   .add_yaxis("Weekend",Weekend_used,
                             markpoint_opts=opts.MarkPointOpts(data=[opts.MarkPointItem(type_="max")]))
                   .add_yaxis("Workday",Workday_used,
                             markpoint_opts=opts.MarkPointOpts(data=[opts.MarkPointItem(type_="max")]))
                   .set_series_opts(
                                    label_opts=opts.LabelOpts(is_show=False))
                   )

Line_used_by_time_new.render_notebook()
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3.1.5 数据预处理——骑行距离的分析

df_used_by_date=df_used_by_date.reset_index(drop=True)
df_used_by_date.head()
#当前位置数据采用geohash编码方式，geohash编码长度为7位
#解码后发现经纬度在小数点后两位时，geohash编码的第7位无法有效区分
#因此距离小于850m时，无法明确计算出距离，统一用0值填充
s_series=df_used_by_date.loc[:,"geohashed_start_loc"]
e_series=df_used_by_date.loc[:,"geohashed_end_loc"]
for i in df_used_by_date.index:
    s=gh.decode(s_series[i])
    e=gh.decode(e_series[i])
    s_loc=str(float(s[0]))+","+str(float(s[1]))
    e_loc=str(float(e[0]))+","+str(float(e[1]))
    df_used_by_date.loc[i,"起始纬度"]=float(s[0])
    df_used_by_date.loc[i,"起始经度"]=float(s[1])
    df_used_by_date.loc[i,"结束纬度"]=float(e[0])
    df_used_by_date.loc[i,"结束经度"]=float(e[1])
    df_used_by_date.loc[i,"起始点距离"]=distance.distance(s,e).km
    if i%1000==0:
        print(f'{round(i*100/(df_used_by_date.index.stop-1),5)}%')
    elif i==df_used_by_date.index.stop-1:
        print("100%")
df_used_by_date.head(10)

#工作日与周末的分布情况相似，大部分用户的骑行距离都小于1.4km
dis_10=round(df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-10","起始点距离"],2)
dis_11=round(df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-11","起始点距离"],2)
dis_12=round(df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-12","起始点距离"],2)
dis_13=round(df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-13","起始点距离"],2)
dis_14=round(df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-14","起始点距离"],2)
dis_15=round(df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-15","起始点距离"],2)
dis_16=round(df_used_by_date.loc[df_used_by_date.startdate=="2017-05-16","起始点距离"],2)

box=(Boxplot()
    .add_xaxis(["2017-05-10","2017-05-11","2017-05-12","2017-05-13","2017-05-14","2017-05-15","2017-05-16"])
    .add_yaxis("",Boxplot.prepare_data([dis_10,dis_11,dis_12,dis_13,dis_15,dis_15,dis_16]))
    .set_global_opts(title_opts=opts.TitleOpts(title="用户骑行距离统计")))

box.render_notebook()

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#骑行距离不超过1km的用户占比过半
df_used_by_date["起始点int值"]=df_used_by_date.起始点距离.astype(int)
dis_grouped=df_used_by_date.groupby("起始点int值").count()["userid"]
pie_dis_x=list(str(i)+"-"+str(i+1)+" km" for i in dis_grouped.index)
dis_data=list(list(z) for z in zip(pie_dis_x,dis_grouped))
dis_data[0][0]="小于1 km"
pie_dis=(Pie()
        .add("",dis_data,center=["35%", "60%"],radius=[0, 175])
        .set_global_opts(title_opts=opts.TitleOpts(title="骑行距离比例分布",pos_bottom="83%"))
        )

pie_dis.render_notebook()
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3.1.6 数据预处理——高峰期单车迁移情况分析

#df_used_by_date.起始纬度.min()——26.14
#df_used_by_date.起始纬度.max()——40.3
#df_used_by_date.起始经度.min()——114.15
#df_used_by_date.起始经度.max()——121.52
#df_used_by_date.结束纬度.min()——26.13
#df_used_by_date.结束纬度.max()——40.3
#df_used_by_date.结束经度.min()——114.14
#df_used_by_date.结束经度.max()——121.51


#提取7-8点时间段内所有被使用的单车的起点位置和终点位置
df_hour_7=df_used_by_date.loc[df_used_by_date.hour=="07",:]
start_point_7=df_hour_7.groupby(["起始经度","起始纬度"]).count()["orderid"]
start_point_7=start_point_7.reset_index(drop=False)
t=zip(start_point_7["起始经度"],start_point_7["起始纬度"],start_point_7["orderid"])
start_loc_7=[]
for z in t:
    #print(z)
    start_loc_7.append(list(z)) 

end_point_7=df_hour_7.groupby(["结束经度","结束纬度"]).count()["orderid"]
end_point_7=end_point_7.reset_index(drop=False)
t=zip(end_point_7["结束经度"],end_point_7["结束纬度"],end_point_7["orderid"])
end_loc_7=[]
for z in t:
    #print(z)
    end_loc_7.append(list(z))

#提取8-9点时间段内所有被使用的单车的起点位置和终点位置
df_hour_8=df_used_by_date.loc[df_used_by_date.hour=="08",:]
start_point_8=df_hour_8.groupby(["起始经度","起始纬度"]).count()["orderid"]
start_point_8=start_point_8.reset_index(drop=False)
t=zip(start_point_8["起始经度"],start_point_8["起始纬度"],start_point_8["orderid"])
start_loc_8=[]
for z in t:
    #print(z)
    start_loc_8.append(list(z)) 

end_point_8=df_hour_8.groupby(["结束经度","结束纬度"]).count()["orderid"]
end_point_8=end_point_8.reset_index(drop=False)
t=zip(end_point_8["结束经度"],end_point_8["结束纬度"],end_point_8["orderid"])
end_loc_8=[]
for z in t:
    #print(z)
    end_loc_8.append(list(z)) 


#将7-8点时间段内的点起始位置分布绘制为两张图
bar_3D_start_7=(Bar3D()
       .add("",
           start_loc_7)
       .set_global_opts(
           title_opts=opts.TitleOpts(title="7-8点单车迁移情况统计",subtitle="7-8点单车起始位置分布"),
        visualmap_opts=opts.VisualMapOpts(
            max_=8,
            min_=5,
            range_color=[
                "#313695",
                "#4575b4",
                "#74add1",
                "#abd9e9",
                "#e0f3f8",
                "#ffffbf",
                "#fee090",
                "#fdae61",
                "#f46d43",
                "#d73027",
                "#a50026",
            ],
        )
    ))

bar_3D_end_7=(Bar3D()
       .add("",
           end_loc_7)
       .set_global_opts(
           title_opts=opts.TitleOpts(title="",subtitle="7-8点单车结束位置分布"),
        visualmap_opts=opts.VisualMapOpts(
            max_=8,
            min_=5,
            range_color=[
                "#313695",
                "#4575b4",
                "#74add1",
                "#abd9e9",
                "#e0f3f8",
                "#ffffbf",
                "#fee090",
                "#fdae61",
                "#f46d43",
                "#d73027",
                "#a50026",
            ],
        )))

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3.1.7 数据预处理——用户使用频次分析

user_frequency=pd.DataFrame(df_shared_bakes_time_in_range.groupby("userid").count()["orderid"])
user_frequency=user_frequency.reset_index()
pie_user_frequency_data=user_frequency.groupby("orderid").count()["userid"]
more_than_10=pie_user_frequency_data[pie_user_frequency_data.index>10].sum()
pie_user_frequency_data=pie_user_frequency_data[:11]
pie_user_frequency_data[11]=more_than_10
pie_user_frequency_data=list(list(z) for z in zip(pie_user_frequency_data.index,pie_user_frequency_data))
pie_user_frequency_data[10][0]="大于10次"

date=df_shared_bakes_time_in_range["starttime"].str.slice(0,10)
df_shared_bakes_time_in_range.loc[:,"startdate"]=date
df_shared_bakes_time_in_range.head()
#date

user_frequency_weekend=pd.DataFrame(df_shared_bakes_time_in_range.loc[df_shared_bakes_time_in_range.startdate.isin(weekend),:].groupby("userid").count()["orderid"])
user_frequency_workday=pd.DataFrame(df_shared_bakes_time_in_range.loc[df_shared_bakes_time_in_range.startdate.isin(workday),:].groupby("userid").count()["orderid"])
user_frequency_weekend=user_frequency_weekend.reset_index()
user_frequency_workday=user_frequency_workday.reset_index()
pie_user_frequency_data_weekend=user_frequency_weekend.groupby("orderid").count()["userid"]
pie_user_frequency_data_workday=user_frequency_workday.groupby("orderid").count()["userid"]
more_than_10_weekend=pie_user_frequency_data_weekend[pie_user_frequency_data_weekend.index>10].sum()
more_than_10_workday=pie_user_frequency_data_workday[pie_user_frequency_data_workday.index>10].sum()
pie_user_frequency_data_weekend=pie_user_frequency_data_weekend[:11]
pie_user_frequency_data_workday=pie_user_frequency_data_workday[:11]
pie_user_frequency_data_weekend[11]=more_than_10_weekend
pie_user_frequency_data_workday[11]=more_than_10_workday
pie_user_frequency_data_weekend=list(list(z) for z in zip(pie_user_frequency_data_weekend.index,pie_user_frequency_data_weekend))
pie_user_frequency_data_workday=list(list(z) for z in zip(pie_user_frequency_data_workday.index,pie_user_frequency_data_workday))
pie_user_frequency_data_weekend[10][0]="大于10次"
pie_user_frequency_data_workday[10][0]="大于10次"


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• 一周内用户的使用次数大量分布在10次以下，50%的用户使用次数为4次及以下

• 周末期间用户使用单车的次数普遍分布在3次及以下

• 工作日期间用户使用共享单车的次数普遍分布在5次及以下，使用3次及以下的用户占比近一半

• 工作日期间的用户使用频次有较大提升空间，通勤时段用户有大量使用需求，但总体来看使用频次仍偏低，考虑改进两个因素

• 因素一 高峰时段的车辆分布情况，是否因为高峰时段车辆数量不足，导致用户无法使用到单车

• 因素二 用户粘性差，是否用户对本品牌的单车选择倾向性低，可以考虑加大月卡等套餐的推广力度，或提升本品牌单车品质
  *工作日期间使用单车次数6次及以上的用户为高粘性用户，占比约30%

4 项目总结

4.1 分析明确了共享单车的使用场景：

• 工作日早晚高峰的通勤需求和午餐时间部分用户外出用餐需求
• 周末午餐、晚餐时间外出就餐需求，以及白天无明显峰值的外出需求
• 短距离骑行（1.4公里内）

4.2 改善性意见：

• 工作日高峰期时间段有明显的潮汐现象，可以提前增加高用车需求区域的单车投放量
• 用户使用频次有提升空间，考虑到工作日的通勤需求，五个工作日期间有近50%的用户使用频次不超过三次，用户粘性较差，可以推广月卡或优惠套餐等进一步提升用户粘性

5 最后