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【机器学习】项目数据处理部分

article 2024/11/14 1:23:02

文章目录

前言
项目理解
数据探索
特征工程
总结

前言

本文参考《阿里云天池大赛赛题解析》，拿到一个项目或者赛题，使用机器学习来进行预测分类，需要以下七个步骤：

项目（赛题）理解
数据探索
特征工程
模型训练
模型验证
特征优化
模型融合

本本是数据处理，即前3个步骤：项目理解、数据探索，特征工程。

项目理解

简单的了解一下，并不太重要的一个步骤。

知道项目是干什么的，了解一下项目业务。
是什么类型的模型，是分类还是回归？可以提前罗列出一些可以用于该模型的机器学习的算法。

数据探索

需要导入的库：基础库和画图工具

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns

from scipy import stats

import warnings
warnings.filterwarnings("ignore")

读取数据文件

train_data_file = "./zhengqi_train.txt"
test_data_file =  "./zhengqi_test.txt"

train_data = pd.read_csv(train_data_file, sep='\t', encoding='utf-8')
test_data = pd.read_csv(test_data_file, sep='\t', encoding='utf-8')

sep是分隔符，根据文件数据用pandas读取。

查看数据基本信息的方法：
1）head()：查看前五行数据。
2）info()：整体数据的基本信息，包括每一列有多少数据，是什么数据类型等。
3）describe()：查看数据的统计信息。
4）value_counts()：查看标签有几类，每一类有多少数据
5）groupby('索引名').size() ：查看该索引有几类，每一类有多少数据

到这里你需要知道：
1）特征与标签在数据中的位置。
2）特征中有那些是数字型数据和字符型数据，以及那些是连续型变量和类别型变量。

可视化数据分布【单变量】
1）【箱型图】连续型变量：用来识别异常值，在上限与下线之外的点是异常值

在这里插入图片描述

单个变量的箱型图：

fig = plt.figure(figsize=(4, 6))  # 指定绘图对象宽度和高度
sns.boxplot(数据集['索引名'],orient="v", width=0.5)

在这里插入图片描述
画全部变量的箱体图：

# 画箱式图
column = train_data.columns.tolist()[1:]  # 列表头 数据集
fig = plt.figure(figsize=(20, 40))  # 指定绘图对象宽度和高度
for i in range(多少个图):
    plt.subplot(10, 3, i + 1)  # 10行3列 可画30子图
    sns.boxplot(x = train_data[column[i]], orient="v", width=0.5)  # 箱式图
    plt.ylabel(column[i], fontsize=8)
plt.show()

在这里插入图片描述可以看到有异常值，这个异常值只是对影响的特殊数据点的进行检查，它的选择取决于对业务的理解。

2）【柱状图】分类型数据可以通过柱状图来表示：

g = sns.FacetGrid(train_data, col='Diabetes_binary')
g = g.map(sns.histplot, "Sex")
plt.show()

在这里插入图片描述

3）【直方图和Q-Q图】
QQ图是指数据的分位数对比参照的图，如果数据符合正态分布，则所有的点都会落在直线上。

plt.figure(figsize=(10,5))

ax=plt.subplot(1,2,1)
sns.distplot(train_data['BMI'],fit=stats.norm)
ax=plt.subplot(1,2,2)
res = stats.probplot(train_data['BMI'], plot=plt)

在这里插入图片描述画出所有特征的直方图QQ图，看是否近似正态分布：

train_cols = 6
train_rows = len(train_data.columns)
plt.figure(figsize=(4*train_cols,4*train_rows))

i=0
for col in train_data.columns:
    i+=1
    ax=plt.subplot(train_rows,train_cols,i)
    sns.distplot(train_data[col],fit=stats.norm)
    
    i+=1
    ax=plt.subplot(train_rows,train_cols,i)
    res = stats.probplot(train_data[col], plot=plt)
plt.show()

4）【KDE分布图】
训练集数据和测试集数据的分布情况，查看数据分布是否一致

dist_cols = 6
dist_rows = len(test_data.iloc[:,1:].columns)

plt.figure(figsize=(4*dist_cols,4*dist_rows))

i=1
for col in test_data.iloc[:,1:].columns:
    ax=plt.subplot(dist_rows,dist_cols,i)
    ax = sns.kdeplot(train_data[col], color="Red", shade=True)
    ax = sns.kdeplot(test_data[col], color="Blue", shade=True)
    ax.set_xlabel(col)
    ax.set_ylabel("Frequency")
    ax = ax.legend(["train","test"])

    i+=1
plt.show()

在这里插入图片描述有一些特征数据不太一致，就得去掉，很有可能是噪声，影响预测结果。

5）【线性回归关系图】
主要用于分析变量之间的线性回归关系：
单个特征与标签的线性关系：

fcols = 2
frows = 1

plt.figure(figsize=(8,4))

ax=plt.subplot(1,2,1)
sns.regplot(x='V0', y='target', data=train_data, ax=ax, 
            scatter_kws={'marker':'.','s':3,'alpha':0.3},
            line_kws={'color':'k'});
plt.xlabel('V0')
plt.ylabel('target')

ax=plt.subplot(1,2,2)
sns.distplot(train_data['V0'].dropna())
plt.xlabel('V0')

plt.show()

在这里插入图片描述
通过下图看是否有相关性：

所有特征与标签的线性关系：

fcols = 6
frows = len(test_data.columns)
plt.figure(figsize=(5*fcols,4*frows))

i=0
for col in test_data.columns:
    i+=1
    ax=plt.subplot(frows,fcols,i)
    sns.regplot(x=col, y='target', data=train_data, ax=ax, 
                scatter_kws={'marker':'.','s':3,'alpha':0.3},
                line_kws={'color':'k'});
    plt.xlabel(col)
    plt.ylabel('target')
    
    i+=1
    ax=plt.subplot(frows,fcols,i)
    sns.distplot(train_data[col].dropna())
    plt.xlabel(col)

6）【多变量图】可以支持各种类型的变量分析，是特征分析很好用的工具

sns.pairplot(train_data.iloc[:,1], hue = 'Diabetes_binary')

可视化数据分布【双变量】
特征变量和目标变量及特征变量之间的关系：
热力图：

train_corr = train_data.iloc[:,1:].corr()
# 画出相关性热力图
ax = plt.subplots(figsize=(20, 16))#调整画布大小
ax = sns.heatmap(train_corr, vmax=.8, square=True, annot=True)#画热力图   annot=True 显示系数

在这里插入图片描述
寻找K个与标签最相关的特征：

#寻找K个最相关的特征信息
k = 10 # number of variables for heatmap
cols = train_corr.nlargest(k, 'Diabetes_binary')['Diabetes_binary'].index

cm = np.corrcoef(train_data[cols].values.T)
hm = plt.subplots(figsize=(10, 10))#调整画布大小
#hm = sns.heatmap(cm, cbar=True, annot=True, square=True)
#g = sns.heatmap(train_data[cols].corr(),annot=True,square=True,cmap="RdYlGn")
hm = sns.heatmap(train_data[cols].corr(),annot=True,square=True)

plt.show()

在这里插入图片描述
寻找相关系数大于某个值的特征：

threshold = 0.1

corrmat = train_data.iloc[:,1:].corr()
top_corr_features = corrmat.index[abs(corrmat["Diabetes_binary"])>threshold]
plt.figure(figsize=(10,10))
g = sns.heatmap(train_data[top_corr_features].corr(),annot=True,cmap="RdYlGn")

在这里插入图片描述

可以直接用相关系数阈值来移除某些特征

# Threshold for removing correlated variables
threshold = 0.5

# Absolute value correlation matrix
corr_matrix = data_train1.corr().abs()
drop_col=corr_matrix[corr_matrix["target"]<threshold].index
data_all.drop(drop_col, axis=1, inplace=True)

Box-Cox变换

线性回归基于正态分布，需要将数据转换使其符合正态分布。

# 1. 将训练集和测试集的特征变量合并 一起处理
train_x =  train_data.drop(['Diabetes_binary'], axis=1) # 训练集删除标签

#data_all=pd.concat([train_data,test_data],axis=0,ignore_index=True)
data_all = pd.concat([train_x,test_data]) # 合并训练集和测试集

#View data
data_all.head()

# 2. 归一化操作
# normalise numeric columns
cols_numeric=list(data_all.columns)

def scale_minmax(col):
    return (col-col.min())/(col.max()-col.min())

data_all[cols_numeric] = data_all[cols_numeric].apply(scale_minmax,axis=0)
data_all[cols_numeric].describe().T # 查看