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# 05 | 数据探索：怎样从数据中找到用户的RFM值？
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你好，我是黄佳。
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今天我们正式进入“业务场景闯关篇”模块。我在开篇词中介绍过，在这个模块中，我会围绕电商场景下的运营环节，带你挑战5个关卡：获客关、变现关、激活关、留存关和裂变关，帮你逐步掌握机器学习的相关知识和实操技巧。今天，我们就从第一关“获客关”开始！
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人们常说移动互联网的运营已经进入了下半场，几乎所有的企业都希望能用更优质的产品和更精准的服务留住用户，这就需要制定出合适的获客策略。而要做到这一点，前提就是为用户精准画像，也就是根据用户的人口统计信息和消费行为数据，给用户分组，然后推测出用户的消费习惯和价值高低。
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所以，为用户分组、画像，找到不同用户的特点，进而挖掘出哪些才是最有价值的用户，是目前互联网大厂中的数据分析师和机器学习工程师常做的工作。既然如此，那么我们就在获客关，结合一个具体的电商项目，来看看怎么根据用户的基本信息和消费行为数据，给用户分组画像。
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# 定义问题
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按照我们前两讲所说的机器学习“实战5步”，我们首先要做的就是，把项目的问题定义清楚。在我们这个项目中，你可以想象自己就职于一家名为“易速鲜花”的创业公司，担任这家公司的运营团队机器学习工程师。你现在要接手的第一个项目就是为公司的用户分组画像。
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现在，你们的运营部门已经准备好了过往用户的基本信息和消费行为数据，你可以在[这里](https://github.com/huangjia2019/geektime/tree/main/%E8%8E%B7%E5%AE%A2%E5%85%B305)下载获取它，然后用Excel打开，就能看到这个数据集中所包含的详细信息。
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既然我们要从这份销售订单数据中，为用户分组画像，那么有一个关键的问题就是，我们以什么为依据，给用户做分组？
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我们知道，用户的消费行为本身是不能直接用于数据分析的，这就需要我们把用户的行为转化成具体的数值，也就是可量化的指标，让我们对用户有更直观的认识。而且我们还可以将这些指标用在数据分析、广告精准投放、产品推荐系统等多个运营场景，来提升我们产品和服务的精准度。
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这个具体的数值呢，就是RFM（Recency、Frequency、Monetary ），它是用户画像的衍生品，也是目前很多互联网厂商普遍采用的分析方式。具体来看：
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* **R是新进度，代表自用户上次消费以来的天数。**这个指标其实也就是用户的热乎度，比如说你上次使用App是一个月前，你的系统里R值就是30。如果你今天又用了一次App，那R值就会立刻被更新为1；
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* **F是消费频率，代表用户是否频繁使用服务。**这也是用户黏性的风向标；
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* **M是消费金额，代表用户在一段时间内消费的总金额，**这个不难理解。
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通过用户消费行为的新进度、消费的总体频率，还有消费总金额这三项指标，我们可以将用户划分为不同的类别或集群，来直观地描述用户的价值。什么意思呢？简单来说就是，只要我们从用户的基本信息和消费行为数据中得出RFM值，就可以根据它对用户分组画像了。
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所以，我们这个项目整体上可以分为两个阶段：第一个阶段是求出RFM值，第二个阶段就是利用RFM值，给用户分组画像，进而绘制出高价值、中等价值和低价值用户的分布情况。我们今天这节课的目标就是解决第一阶段的问题。
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搞清楚问题后，现在我们来看看这份数据的整体状况，根据需要对数据进行一个初步的预处理。
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# 数据预处理
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由于已经完成了数据收集工作，我们现在直接用Pandas中的read\_csv工具，把这个原始数据集读入到Pandas的DataFrame中，用Dataframe形式呈现出来。关于Pandas包及其导入方式，如果你感觉比较陌生，可以再回顾一下[第三讲](https://time.geekbang.org/column/article/414504)的内容。
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```typescript
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import pandas as pd #导入Pandas
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df_sales = pd.read_csv('易速鲜花订单记录.csv') #载入数据
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df_sales.head() #显示头几行数据
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运行这段代码后，输出如下：
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从图中，你可以看到这个数据集主要包含了订单号、产品码、消费日期，产品说明、数量、单价、用户码和城市等字段。因为我们求的是用户消费行为的新进度（R）、消费的总体频率（F），还有消费总金额（M），所以在这些信息中，我们重点关注的是以下几个数据：
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* 用户码
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* 单价
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* （订单中产品的）数量
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* 消费日期
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为了对公司运营团队交给我们的数据集有一个宏观上的了解，下面我们先做一个整体的数据可视化，看看这个数据集所覆盖的消费日期跨度是怎样的。
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## 1.数据可视化
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我们直接来看具体的实现代码：
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import matplotlib.pyplot as plt #导入Matplotlib的pyplot模块
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#构建月度的订单数的DataFrame
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df_sales['消费日期'] = pd.to_datetime(df_sales['消费日期']) #转化日期格式
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df_orders_monthly = df_sales.set_index('消费日期')['订单号'].resample('M').nunique() #每个月的订单数量
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#设定绘图的画布
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ax = pd.DataFrame(df_orders_monthly.values).plot(grid=True,figsize=(12,6),legend=False)
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ax.set_xlabel('月份') # X轴label
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ax.set_ylabel('订单数') # Y轴Label
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ax.set_title('月度订单数') # 图题
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#设定X轴月份显示格式
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plt.xticks(
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range(len(df_orders_monthly.index)),
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[x.strftime('%m.%Y') for x in df_orders_monthly.index],
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rotation=45)
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plt.show() # 绘图
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在这段代码中，你需要注意的是，我们这里使用了Pandas的to\_datetime这个API，把原始消费日期转换成了能处理的格式。而在df\_orders\_monthly中，则是求出了每一个月的订单数量。再往后的代码是具体的绘图工具使用，我就不过多说明了。
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输出如下：
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我们看到，这个数据集收集了“易速鲜花”公司一整年的订单量。所以啊，我们要求的消费额M，实际上是每个用户一整年的总消费额。
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你可能已经注意到，在最后一个月，也就是2021年6月，订单量突然大幅下降。其实这是因为运营人员拉这个表的时候，正是6月的第一个礼拜。所以，6月的数据虽然不全，但并不会影响我们对用户RFM值的分析。
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## 2.数据清洗
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完成了初步可视化之后，我们来清洗一下数据。请你注意，在刚才的可视化过程中，我们已经完成了对消费日期的观察，并没有发现什么异常。所以，现在我们重点要处理的是用户码、单价和（订单中产品的）数量。
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首先，我们用Pandas中的drop\_duplicates方法把完全相同的重复数据行删除掉。
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df_sales = df_sales.drop_duplicates() #删除重复的数据行
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我之前介绍过，你还可以用DataFrame的isna().sum()函数，来统计NaN的个数。当然，如果你尝试了这个方法，会发现这个数据集中没有NaN值。
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此外，对于数量、金额等类型的数据，我们还常常会使用describe方法来查看这些字段的统计信息是否有脏数据。
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df_sales.describe() #df_sales的统计信息
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输出如下：
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在图中你可以看到这个数据集中，共有9万多行的数据（count统计数据条目的数量），每条数据的平均采购数量是10（mean统计均值），商品平均单价是3.575元左右。
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在概览中我们发现，（订单中产品的）数量的最小值（min）是一个负数（-9360），这显然是不符合逻辑的，所以我们要把这种脏数据清洗掉。具体的处理方式是，用loc属性通过字段名（也就是列名）访问数据集，同时只保留“数量”字段大于0的数据行：
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df_sales = df_sales.loc[df_sales['数量'] > 0] #清洗掉数量小于等于0的数据
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在DataFrame对象中，loc属性是通过行、列的名称来访问数据的，我们做数据预处理时会经常用到；还有一个常被用到的属性是iloc，它是通过行列的位置（也就是序号）来访问数据的。
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由于数据行的名称往往也是数值，这两者非常容易被弄混。所以，在这里我特地给你做了一张图，来说明什么是行列名、什么是行列序号，帮你弄清楚它们的区别。
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这个语句执行后，如果你再用一次describe方法，就会看到新的最小数量为1，这就对了。
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到这里，我们就完成了数据清洗工作，这份数据集中已经没有可以剔除的脏数据了。接下来，我们就看看怎么从中求得RFM值。
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# 求RFM值
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不过在计算RFM之前，我想请你再回顾一下我们整个项目的目标。我们的目标就是建立一个机器学习模型，给用户做价值分组。而其中，RFM实际上就是我们构建模型所需的关键特征数据。
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讲到这里，我想你应该很清楚了，虽说我们这节课要求出RFM的值，但实际上，我们是在完成机器学习项目中的“特征工程”环节，也就是对原始数据集中的信息进行选择、提取、合并、加工、转换，甚至是基于原始信息构建出新的、对于模型的训练更具有意义的特征。
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明白了这一点，我们就可以继续往下走了。那怎么计算这个RFM值呢？
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其实，这里的R值（最近一次消费的天数）和F值（消费频率），我们通过数据集中的消费日期就能得到，但是对于M值（消费金额），你会发现数据集中有采购数量，有单价，但是还没有每一笔消费的总价。
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因此，我们通过一个语句对原有的数据集进行一个小小的扩展。在df\_sales 这个DataFrame对象中增加一个数据列计算总价，总价等于由单价乘以数量：
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df_sales['总价'] = df_sales['数量'] * df_sales['单价'] #计算每单的总价
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df_sales.head() #显示头几行数据
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输出如下：
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现在，在这个数据集中，**用户码**、**总价**和**消费日期**这三个字段，给我们带来了每一个用户的R、F、M信息。其中：
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* 一个用户上一次购物的日期，也就是最新的消费日期，就可以转化成这个用户的R值；
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* 一个用户下的所有订单次数之和，就是消费频率值，也就是该用户的F值；
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* 把一个用户所有订单的总价加起来，就是消费金额值，也就是该用户的M值。
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不过，我们目前的这个数据集是一个订单的历史记录，并不是以用户码为主键的数据表。而R、F、M信息是和用户相关的，每一个用户都拥有一个独立的R值、F值和M值，所以，在计算RFM值之前，我们需要先构建一个用户层级表。
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1. 构建用户层级表
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构建用户层级表，简单来说就是生成一个以用户码为关键字段的 Dataframe对象df\_user，然后在这个Dataframe对象中，逐步加入每一个用户的新近度（R）、消费频率（F）、消费金额（M），以及最终总的分组信息。
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在代码实现上，我们用Dataframe的unique() 这个API，就能创建出以用户码为关键字段的用户层级表df\_user，然后我们再设定字段名，并根据用户码进行排序，最后显示出这个表，就可以了：
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df_user = pd.DataFrame(df_sales['用户码'].unique()) #生成以用户码为主键的结构df_user
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df_user.columns = ['用户码'] #设定字段名
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df_user = df_user.sort_values(by='用户码',ascending=True).reset_index(drop=True) #按用户码排序
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df_user #显示df_user
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请你注意，在上述语句中，reset\_index(drop=True)的意思是重置索引，生成新的默认数值类型索引，并且不保留原来的索引。运行这段代码后，我们得到这样的结果：
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可以看到，我们一共有980个用户的数据。有了用户层级表，现在我们依次求出RFM，让这个用户层级表的结构越来越完整。
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2. 求出R值
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我们知道，R值代表自用户上次消费以来的天数，它与最近一次消费的日期相关。所以，用表中最新订单的日期（拉出来这张表的日期）减去上一次消费的日期，就可以确定对应用户的R值。
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下面是具体的代码实现，在每行代码中都给出了详细的注释，而且Pandas的语句也都不难理解，你可以看一看：
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df_sales['消费日期'] = pd.to_datetime(df_sales['消费日期']) #转化日期格式
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df_recent_buy = df_sales.groupby('用户码').消费日期.max().reset_index() #构建消费日期信息
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df_recent_buy.columns = ['用户码','最近日期'] #设定字段名
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df_recent_buy['R值'] = (df_recent_buy['最近日期'].max() - df_recent_buy['最近日期']).dt.days #计算最新日期与上次消费日期的天数
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df_user = pd.merge(df_user, df_recent_buy[['用户码','R值']], on='用户码') #把上次消费距最新日期的天数（R值）合并至df_user结构
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df_user.head() #显示df_user头几行数据
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输出如下：
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R值越大，说明该用户最近一次购物日距离当前日期越久，那么这样的用户就越是处于休眠状态。从表中可以看出来，编号为14682的用户已经有187天没有购物了。所以我们就可以判断这个用户呈现休眠态，很可能已经被别的购物平台所吸引了，也就是流失了。
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3. 求出F值
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类似地，我们还可以求出F值，并把F值添加至用户层级表：
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df_frequency = df_sales.groupby('用户码').消费日期.count().reset_index() #计算每个用户消费次数，构建df_frequency对象
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df_frequency.columns = ['用户码','F值'] #设定字段名称
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df_user = pd.merge(df_user, df_frequency, on='用户码') #把消费频率整合至df_user结构
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df_user.head() #显示头几行数据
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这段代码的核心就是通过给消费日期做count()计数，来求出每一个用户的消费次数。最后，我们得到的输出结果如下：
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4. **求出M值**
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M值很容易求出，它就是用户消费的总和：
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df_revenue = df_sales.groupby('用户码').总价.sum().reset_index() #根据消费总额，构建df_revenue对象
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df_revenue.columns = ['用户码','M值'] #设定字段名称
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df_user = pd.merge(df_user, df_revenue, on='用户码') #把消费金额整合至df_user结构
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df_user.head() #显示头几行数据
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这段代码的核心是通过给用户每张订单的总价字段做sum()计数，来求出每一个用户的消费总和。最后，输出如下：
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到这里，我们就求出了每一个用户的R、F、M值。不过，这只是完成了特征工程环节，在下节课，我们要根据这三个维度的值给用户分组，这就需要聚类算法大显身手了。
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# 总结一下
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现在，我们来回顾一下这节课的重点。
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我们这个项目的目标是为用户分组画像。要做分组画像，RFM分析是一个不错的方法，它也是目前很多互联网厂商普遍采用的分析方式。
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我们今天的重点是，根据用户码、总价和消费日期这三个字段，从消费历史数据中求出每位用户的R、F、M的值，这就好像给用户贴上了一堆数字化的标签。同时，**用户行为的量化，也可以视作是进一步做机器学习项目之前的特征工程**。这也为我们后续给用户做聚类分组做好了准备。
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理解RFM分析的精髓，并利用好RFM三个指标，是我们这个项目实战的核心价值所在。求出了RFM值，就恭喜你闯过了我们获客阶段的数据探索这一关。
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虽然我把实战的具体过程讲得很细，但我更希望你理解的是**“数据处理之道”**， 而不是只学几个Python语句。Python语句都很简单，但是怎么灵活应用数据，是我们一开始就应该领悟的“道”，因为只有对思路的深入理解，才能让我们走得更高、更远。
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# 思考题
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好，这节课就到这里了，最后，我给你留个思考题：
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RFM模型是衡量客户价值和客户创利能力的重要工具和手段，而且也被广泛应用在企业的获客、促销、客户关系管理等诸多营销、推广环节。请你谈一谈你对RFM的理解，以及这些指标可以应用于哪些业务场景。
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欢迎你在留言区和我分享你的观点，如果你认为这节课的内容有收获，也欢迎把它分享给你的朋友，我们下一讲再见！
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