fast.ai 机器学习笔记（一）

参加 Kaggle 竞赛将让你知道你是否在这种模型中的这种数据上有竞争力。准确率低是因为数据太嘈杂，你无法做得更好吗？还是实际上是一个简单的数据集，而你犯了错误？当你在自己的项目中使用自己的数据集时，你将得不到这种反馈 — 我们只需要知道我们有良好的有效技术来可靠地构建基线模型。

机器学习应该帮助我们理解数据集，而不仅仅是对其进行预测 [15:36]。因此，选择一个我们不熟悉的领域，这是一个很好的测试，看看我们是否能够建立理解。否则，你的直觉可能会使你很难保持足够开放的心态去看待数据真正的含义。

有几种下载数据的选项：

1. 下载到您的计算机并通过scp传输到 AWS

2. 从 Firefox [17:32]，按ctrl + shift + i打开 Web 开发者工具。转到Network选项卡，点击Download按钮，然后取消对话框。它会显示已启动的网络连接。然后右键单击它，选择Copy as cURL。粘贴命令并在末尾添加-o bulldozer.zip（可能删除 cURL 命令中的— — 2.0）

Jupyter 技巧[21:39] - 您可以打开基于 Web 的终端，如下所示：

这个竞赛的目标是使用包含截至 2011 年底的数据的训练集来预测推土机的销售价格。

让我们看看数据[25:25]:

结构化数据：代表各种不同类型事物的列，如标识符、货币、日期、大小。

非结构化数据：图像

当您处理通常作为pd导入的结构化数据时，pandas是最重要的库。

df_raw = pd.read_csv(
    f'{PATH}Train.csv', 
    low_memory=False, 
    parse_dates=["saledate"]
)

• parse_dates - 包含日期的任何列的列表

• low_memory=False - 强制它读取更多文件以确定类型。

def display_all(df):
    with pd.option_context("display.max_rows", 1000): 
        with pd.option_context("display.max_columns", 1000): 
            display(df)
            display_all(df_raw.tail().transpose())

在 Jupyter Notebook 中，如果您键入一个变量名并按ctrl+enter，无论是 DataFrame、视频、HTML 等 - 它通常会找到一种显示方式供您使用[32:13]。

我们想要预测的变量在这种情况下被称为因变量，在这种情况下我们的因变量是SalePrice。

问题：因为过拟合的风险而永远不应查看数据吗？[33:08] 我们至少想知道我们已经成功导入了足够的数据，但在这一点上通常不会真正研究它，因为我们不想对它做太多假设。许多书籍建议首先进行大量的探索性数据分析（EDA）。我们今天将学习机器学习驱动的 EDA。

均方根对数误差。我们使用对数的原因是因为通常，您更关心的不是差$10，而是差 10%。所以如果是$1000,000 的物品，您差$100,000，或者如果是$10,000 的物品，您差$1,000 - 我们会认为这些是等价的规模问题。

df_raw.SalePrice = np.log(df_raw.SalePrice)

• np - Numpy 让我们将数组、矩阵、向量、高维张量视为 Python 变量。

随机森林是一种通用的机器学习技术。

• 它可以预测任何类型的东西 - 它可以是一个类别（分类），一个连续变量（回归）。

• 它可以预测任何类型的列 - 像素、邮政编码、收入等（即结构化和非结构化数据）。

• 它通常不会过度拟合，而且很容易阻止过度拟合。

• 通常情况下不需要单独的验证集。即使只有一个数据集，它也可以告诉您它的泛化程度如何。

• 它几乎没有任何统计假设。它不假设您的数据是正态分布的，关系是线性的，或者您已经指定了交互作用。

• 它需要非常少的特征工程。对于许多不同类型的情况，您不必对数据取对数或将交互作用相乘。

问题：维度的诅咒是什么？[38:16] 你经常听到两个概念 - 维度的诅咒和没有免费午餐定理。它们两者在很大程度上是毫无意义的，基本上是愚蠢的，然而许多领域的人不仅知道这一点，而且认为相反，因此值得解释。维度的诅咒是这样一个想法，即你拥有的列越多，就会创造出一个越来越空的空间。有这样一个迷人的数学思想，即你拥有的维度越多，所有点就越多地位于该空间的边缘。如果你只有一个随机的维度，那么它们就会分散在各处。另一方面，如果是一个正方形，那么它们在中间的概率意味着它们不能在任一维度的边缘，因此它们不太可能不在边缘。每增加一个维度，点不在至少一个维度的边缘上的可能性就会成倍减少，因此在高维度中，一切都位于边缘。从理论上讲，这意味着点之间的距离变得不那么有意义。因此，如果我们认为这很重要，那么它会暗示当你有很多列并且没有小心删除你不关心的列时，事情将不起作用。出于许多原因，结果并非如此

• 点之间仍然有不同的距离。只是因为它们在边缘上，它们仍然在彼此之间的距离上有所不同，因此这一点在这一点上比在那一点上更相似。

• 所以像 k 最近邻居这样的东西在高维度中实际上表现得非常好，尽管理论家们声称的不同。这里真正发生的是，在 90 年代，理论主导了机器学习。有这样一个概念，支持向量机在理论上得到了很好的证明，极易进行数学分析，你可以证明关于它们的事情 - 我们失去了十年的真正实际发展。所有这些理论变得非常流行，比如维度的诅咒。如今，机器学习的世界变得非常经验主义，事实证明，在实践中，在许多列上构建模型确实效果非常好。

• 没有免费午餐定理[41:08] - 他们声称没有一种模型适用于任何类型的数据集。在数学意义上，任何随机数据集的定义都是随机的，因此不会有一种方法可以查看每个可能的随机数据集，使其在某种程度上比其他方法更有用。在现实世界中，我们看的是不随机的数据。从数学上讲，我们会说它位于某个较低维度的流形上。它是由某种因果结构创建的。其中存在一些关系，因此事实是我们并没有使用随机数据集，因此实际上有一些技术比其他技术在你查看的几乎所有数据集上都要好得多。如今，有经验的研究人员研究哪些技术在大多数情况下效果很好。决策树的集成，其中随机森林是其中最常见的技术之一。Fast.ai 提供了一种标准的方法来适当地预处理它们并设置它们的参数。

在我们的案例中，R²= 0.98 是一个非常好的模型。然而，可能会出现像右边这样的情况：

它擅长运行我们给定的点，但不会很好地运行我们没有给定的点。这就是为什么我们总是希望有一个验证集的原因。

创建验证集是进行机器学习项目时最重要的事情。您需要做的是提出一个数据集，您的模型在该数据集上的得分将代表您的模型在真实世界中的表现如何。

如果您的数据集中有一个时间部分（如蓝皮书比赛中），您可能希望预测未来的价格/价值等。Kaggle 所做的是在训练集中给我们提供代表特定日期范围的数据，然后测试集呈现了训练集中没有的未来日期集。因此，我们需要创建一个具有相同属性的验证集：

def split_vals(a,n): 
    return a[:n].copy(), a[n:].copy()
n_valid = 12000  # same as Kaggle's test set size
n_trn = len(df)-n_valid
raw_train, raw_valid = split_vals(df_raw, n_trn)
X_train, X_valid = split_vals(df, n_trn)
y_train, y_valid = split_vals(y, n_trn)
X_train.shape, y_train.shape, X_valid.shape
'''
((389125, 66), (389125,), (12000, 66))
'''

现在我们有了一个希望看起来像 Kaggle 测试集的东西-足够接近，使用这个将给我们相当准确的分数。我们想要这样做的原因是因为在 Kaggle 上，您只能提交很多次，如果您提交得太频繁，最终您会适应排行榜。在现实生活中，我们希望构建一个在生产中表现良好的模型。

问题：您能解释验证集和测试集之间的区别吗[20:58]？今天我们要学习的一件事是如何设置超参数。超参数是会改变模型行为的调整参数。如果您只有一个保留集（即一个您不用来训练的数据集），并且我们用它来决定使用哪组超参数。如果我们尝试一千种不同的超参数组合，我们可能最终会过拟合到那个保留集。因此，我们要做的是有一个第二个保留集（测试集），在那里我们可以说我已经尽力了，现在就在最后一次，我要看看它是否有效。

您必须实际上从数据中删除第二个保留集（测试集），将其交给其他人，并告诉他们在您承诺完成之前不要让您看到它。否则很难不去看它。在心理学和社会学领域，这被称为复制危机或 P-值调整。这就是为什么我们想要有一个测试集。

问题：我们已经将分类变量转换为数字，但其他模型使用独热编码将其转换为不同的列-应该使用哪种方法[22:55]？我们今天将解决这个问题。

正如您所看到的，训练集上的 R²为 0.982，验证集上仅为 0.887，这让我们认为我们过拟合得相当严重。但并不是太糟糕，因为 RMSE 为 0.25 会让我们进入比赛的前 25%。

问题：为什么不选择随机行集作为验证集[24:19]？因为如果我们这样做，我们将无法复制测试集。如果您实际上查看测试集中的日期，您会发现这些日期比训练集中的任何日期都要新。因此，如果我们使用一个随机样本作为验证集，那将更容易，因为我们正在预测在这一天的工业设备的价值，而我们已经有了那一天的一些观察结果。一般来说，每当您构建具有时间元素的模型时，您希望您的测试集是一个单独的时间段，因此您确实需要您的验证集也是一个单独的时间段。

问题：最终不会过拟合验证集吗？[25:30] 是的，实际上这就是问题所在。最终可能会在验证集上过拟合，当你在测试集上尝试或提交到 Kaggle 时，结果可能并不好。这在 Kaggle 竞赛中经常发生，他们实际上有第四个数据集，称为私人排行榜集。每次提交到 Kaggle 时，你实际上只会得到在公共排行榜集上的表现反馈，你不知道它们是哪些行。在比赛结束时，你将根据完全不同的数据集进行评判，称为私人排行榜集。避免这种情况的唯一方法是成为一个优秀的机器学习从业者，并尽可能有效地设置这些参数，这部分我们今天和未来几周将会做。

def rmse(x,y): 
    return math.sqrt(((x-y)**2).mean())

这是一个代码不符合 PEP8 规范的例子。能够用眼睛一次看到某些东西，并随着时间学会立即看出发生了什么具有很大的价值。在数据科学中，始终使用特定的字母或缩写表示特定的含义是有效的。但是如果你在家里面试中测试，要遵循 PEP8 标准。

如果你加上%time，它会告诉你花了多长时间。经验法则是，如果某个操作花费超过 10 秒，那么用它进行交互式分析就太长了。所以我们要确保事情能在合理的时间内运行。然后当我们一天结束时，我们可以说好了，这个特征工程，这些超参数等都运行良好，我们现在将以大慢精确的方式重新运行它。

加快速度的一种方法是将 subset 参数传递给 proc_df，这将随机抽样数据：

df_trn, y_trn, nas = proc_df(
    df_raw, 'SalePrice', 
    subset=30000, 
    na_dict=nas
)
X_train, _ = split_vals(df_trn, 20000)
y_train, _ = split_vals(y_trn, 20000)

• 请确保验证集不会改变

• 还要确保训练集与日期不重叠

如上所示，在调用split_vals时，我们没有将结果放入验证集。_表示我们丢弃了返回值。我们希望保持验证集始终相同。

在将训练集重新采样为 30,000 个子集中的前 20,000 个后，运行时间为 621 毫秒。

我们将建立由树组成的森林。让我们从树开始。在 scikit-learn 中，他们不称之为树，而是估计器。

m = RandomForestRegressor(
    n_estimators=1, 
    max_depth=3,
    bootstrap=False, 
    n_jobs=-1
)
m.fit(X_train, y_train)
print_score(m)

• n_estimators=1 — 创建只有一棵树的森林

• max_depth=3 — 使其成为一棵小树

• bootstrap=False — 随机森林会随机化很多东西，我们希望通过这个参数关闭它

这棵小的确定性树在拟合后的 R²为 0.4028，所以这不是一个好模型，但比平均模型好，因为它大于 1，我们实际上可以绘制[33:00]：

一棵树由一系列二进制决策组成。

• 第一行表示二进制分割标准

• 根节点的samples为 20,000，因为这是我们在拆分数据时指定的。

• 较深的颜色表示较高的value

• value是价格的对数的平均值，如果我们构建了一个模型，只使用平均值，那么均方误差mse将为 0.495

• 我们能够做出的最佳单一二进制分割结果是Coupler_system ≤ 0.5，这将使mse在错误路径上提高到 0.109；在正确路径上为 0.414。

我们想要从头开始构建一个随机森林[36:28]。第一步是创建一棵树。创建树的第一步是创建第一个二进制决策。你打算如何做？

• 我们需要选择一个变量和一个值来分割，使得这两个组尽可能不同

• 对于每个变量，对于该变量的每个可能值，看看哪个更好。

• 如何确定哪个更好？取两个新节点的加权平均值

• 得到的模型将类似于平均模型——我们有一个具有单一二进制决策的模型。对于所有coupler_system大于 0.5 的人，我们将填入 10.345，对于其他人，我们将填入 9.363。然后我们将计算这个模型的 RMSE。

现在我们有一个单一数字来表示一个分割有多好，这个数字是创建这两个组的均方误差的加权平均值。我们还有一种找到最佳分割的方法，就是尝试每个变量和每个可能的值，看哪个变量和哪个值给出了最佳得分的分割。

问题：是否有情况下最好分成 3 组？在一个级别上永远不需要做多次分割，因为你可以再次分割它们。

这就是创建决策树的全部过程。停止条件：

• 当达到所请求的限制（max_depth）

• 当你的叶节点只有一个元素时

preds = np.stack([t.predict(X_valid) for t in m.estimators_]) 
preds[:,0], np.mean(preds[:,0]), y_valid[0]
'''
(array([ 9.21034,  8.9872 ,  8.9872 ,  8.9872 ,  8.9872 ,  9.21034,  8.92266,  9.21034,  9.21034,  8.9872 ]),  
9.0700003890739005,  
9.1049798563183568)
'''
preds.shape
'''
(10, 12000)
'''

每棵树都存储在名为estimators_的属性中。对于每棵树，我们将使用验证集调用predict。np.stack将它们连接在一起形成一个新轴，因此结果preds的形状为(10, 12000)（10 棵树，12000 个验证集）。对于第一个数据的 10 个预测的平均值为 9.07，实际值为 9.10。正如你所看到的，没有一个单独的预测接近 9.10，但平均值最终相当不错。

这里是给定前i棵树的 R²值的图。随着我们添加更多的树，R²值会提高。但似乎已经趋于平缓。

正如你所看到的，添加更多的树并没有太大帮助。它不会变得更糟，但也不会显著改善事情。这是要学会设置的第一个超参数——估计器的数量。一种设置的方法是，尽可能多地拟合，而且实际上似乎有所帮助。

添加更多的树会减慢速度，但使用更少的树仍然可以获得相同的见解。所以当 Jeremy 构建大部分模型时，他从 20 或 30 棵树开始，项目结束或当天工作结束时，他会使用 1000 棵树并在夜间运行。

有时您的数据集会很小，您不想提取验证集，因为这样做意味着您现在没有足够的数据来构建一个好的模型。然而，随机森林有一个非常聪明的技巧，称为袋外（OOB）误差，可以处理这种情况（以及更多！）

我们可以意识到，在我们的第一棵树中，一些行没有用于训练。我们可以通过第一棵树传递那些未使用的行，并将其视为验证集。对于第二棵树，我们可以通过未用于第二棵树的行，依此类推。实际上，我们将为每棵树创建一个不同的验证集。为了计算我们的预测，我们将对所有未用于训练的行进行平均。如果您有数百棵树，那么很可能所有行都会在这些袋外样本中多次出现。然后，您可以在这些袋外预测上计算 RMSE、R²等。

m = RandomForestRegressor(
    n_estimators=40, 
    n_jobs=-1, 
    oob_score=True
)
m.fit(X_train, y_train)
print_score(m)
'''
[0.10198464613020647, 0.2714485881623037, 0.9786192457999483, 0.86840992079038759, 0.84831537630038534]
'''

将oob_score设置为 true 将执行此操作，并为模型创建一个名为oob_score_的属性，如您在 print_score 函数中看到的，如果具有此属性，它将在最后打印出来。

问题：oob_score_难道不总是低于整个森林的分数吗[1:12:51]？准确率往往较低，因为在 OOB 样本中，每行出现的树较少，而在完整树集中出现的次数较多。因此，OOB R²会稍微低估模型的泛化能力，但是您添加的树越多，这种低估就越不严重。

在设置超参数时，OOB 分数会派上用场[1:13:47]。我们将设置相当多的超参数，并希望找到一种自动化的方法来设置它们。一种方法是进行网格搜索。Scikit-learn 有一个名为网格搜索的函数，您可以传入要调整的所有超参数的列表以及要尝试的所有这些超参数的值。它将在所有这些超参数的所有可能组合上运行您的模型，并告诉您哪一个是最佳的。OOB 分数是一个很好的选择，可以告诉您哪一个是最佳的。

之前，我们取了 30,000 行，并创建了使用该 30,000 行不同子集的所有模型。为什么不每次取一个完全不同的 30,000 子集？换句话说，让我们保留全部 389,125 条记录，如果我们想加快速度，每次选择一个不同的 30,000 子集。因此，而不是对整个行集进行自助抽样，只需随机抽取数据的一个子集。

df_trn, y_trn = proc_df(df_raw, 'SalePrice')
X_train, X_valid = split_vals(df_trn, n_trn)
y_train, y_valid = split_vals(y_trn, n_trn)
set_rf_samples(20000)

set_rf_samples：与之前一样，我们在训练集中使用 20,000 个样本（之前是 30,000，这次是 389,125）。

这将花费与之前相同的时间来运行，但是每棵树都可以访问整个数据集。在使用 40 个估计器后，我们得到了 R²分数为 0.876。

问题：这个 OOB 分数是在哪些样本上计算的[1:18:26]？Scikit-learn 不支持这个功能，因此set_rf_samples是一个自定义函数。因此，在使用set_rf_samples时，需要关闭 OOB 分数，因为它们不兼容。reset_rf_samples()将把它恢复到原来的状态。

最重要的提示[1:20:30]：大多数人总是使用最佳参数在所有时间内在所有数据上运行所有模型，这是毫无意义的。如果您想找出哪些特征重要以及它们之间的关系，那么准确度的第四位小数点根本不会改变您的任何见解。在足够大的样本量上运行大多数模型，使得您的准确度合理（在最佳准确度的合理距离内），并且训练时间短，以便您可以交互式地进行分析。

让我们为这个完整集合建立一个基准来进行比较：

reset_rf_samples()
m = RandomForestRegressor(
    n_estimators=40, 
    n_jobs=-1, 
    oob_score=True
)
m.fit(X_train, y_train)
print_score(m)
'''
[0.07843013746508616, 0.23879806957665775, 0.98490742269867626, 0.89816206196980131, 0.90838819297302553]
'''

这里 OOB 高于验证集。这是因为我们的验证集是不同的时间段，而 OOB 样本是随机的。预测不同时间段要困难得多。

m = RandomForestRegressor(
    n_estimators=40, 
    min_samples_leaf=3, 
    max_features=0.5, 
    n_jobs=-1, 
    oob_score=True
) 
m.fit(X_train, y_train) 
print_score(m)
'''
[0.11926975747908228, 0.22869111042050522, 0.97026995966445684, 0.9066000722129437, 0.91144914977164715]
'''

• max_features=0.5：这个想法是，树之间的相关性越小，越好。想象一下，如果有一列比其他所有列更好地预测，那么您构建的每棵树总是从那一列开始。但是可能存在一些变量之间的相互作用，其中该相互作用比单个列更重要。因此，如果每棵树总是首次在相同的内容上分裂，那么这些树的变化就不会很大。

• 除了取一部分行之外，在每个单独的分割点，取不同的列子集。

• 对于行抽样，每棵新树都基于一组随机行，对于列抽样，每个单独的二元分割，我们从不同的列子集中选择。

• 0.5 意味着随机选择其中一半。您可以使用特殊值，如sqrt或log2

• 使用的好值是1、0.5、log2或sqrt

0.2286 的 RMSLE 将使我们进入这场比赛的前 20 名——只需使用一些无脑的随机森林和一些无脑的次要超参数调整。这就是为什么随机森林不仅是机器学习的第一步，而且通常是唯一的一步。很难搞砸。

让我们看看小单树中的一个分割点。

fiProductClassDesc ≤ 7.5将分割：

为什么这样做有效呢？想象一下，唯一重要的是液压挖掘机，履带−0.0 到 2.0 公吨，其他都不重要。它可以通过首先分割fiProductClassDesc ≤ 5.5然后fiProductClassDesc > 4.5来选择单个元素。只需两次分割，我们就可以提取出一个单一类别。即使是具有分类变量的树也是无限灵活的。如果有一个具有不同价格水平的特定类别，它可以通过多次分割逐渐缩小到这些组。随机森林非常易于使用，而且非常弹性。

下一课，我们将学习如何分析模型，了解更多关于数据的信息，使其变得更好。

读取 CSV 花了一两分钟，我们将其保存为羽毛格式文件。羽毛格式几乎与 RAM 中的格式相同，因此读写速度非常快。我们在第 2 课笔记本中做的第一件事是读取羽毛格式文件。

在这一周期间提出的一个有趣的小问题是在proc_df函数中。proc_df函数执行以下操作：

• 查找具有缺失值的数值列，并创建一个额外的布尔列，同时用中位数替换缺失值。

• 将分类对象转换为整数代码。

问题＃1：您的测试集中可能有一些列中的缺失值，这些列在训练集中不存在，反之亦然。如果发生这种情况，当您尝试进行随机森林时，您将会出现错误，因为“缺失”布尔列出现在训练集中，但不在测试集中。

问题＃2：测试集中数值的中位数可能与训练集不同。因此，它可能将其处理为具有不同语义的内容。

解决方案：现在有一个额外的返回变量nas从proc_df，它是一个字典，其键是具有缺失值的列的名称，字典的值是中位数。可选地，您可以将nas作为参数传递给proc_df，以确保它添加这些特定列并使用这些特定中位数：

df, y, nas = proc_df(df_raw, 'SalePrice', nas)

让我们走一遍当您处理一个真正大的数据集时的相同过程。几乎相同，但有一些情况下我们不能使用默认值，因为默认值运行速度有点慢。

能够解释您正在处理的问题是很重要的。在机器学习问题中理解的关键事项是：

• 独立变量是什么？

• 什么是因变量（您试图预测的东西）？

在这个比赛中

• 因变量 — 在两周期间每天每个商店销售了多少种产品。

• 自变量 — 过去几年每个产品在每个商店每天销售了多少单位。对于每个商店，它的位置在哪里以及它是什么类型的商店（元数据）。对于每种产品，它是什么类别的产品等。对于每个日期，我们有元数据，比如油价是多少。

这就是我们所说的关系数据集。关系数据集是指我们可以将许多不同信息连接在一起的数据集。具体来说，这种关系数据集是我们所说的“星型模式”，其中有一张中心交易表。在这个比赛中，中心交易表是train.csv，其中包含了按日期、store_nbr和item_nbr销售的数量。通过这个表，我们可以连接各种元数据（因此称为“星型”模式 — 还有一种叫做“雪花”模式）。

types = {
  'id': 'int64',
  'item_nbr': 'int32',
  'store_nbr': 'int8',
  'unit_sales': 'float32',
  'onpromotion': 'object'
}
%%time df_all = pd.read_csv(
    f'{PATH}train.csv', 
    parse_dates=['date'], 
    dtype=types, 
    infer_datetime_format=True
)
'''
CPU times: user 1min 41s, sys: 5.08s, total: 1min 46s
Wall time: 1min 48s
'''

• 如果设置low_memory=False，无论您有多少内存，它都会耗尽内存。

• 为了在读取时限制占用的空间量，我们为每个列名创建一个字典，指定该列的数据类型。您可以通过运行或在数据集上使用less或head来找出数据类型。

• 通过这些调整，我们可以在不到 2 分钟内读取 125,497,040 行数据。

• Python 本身并不快，但几乎我们在 Python 中进行数据科学时想要做的一切都已经为我们用 C 或更常见的 Cython 编写好了，Cython 是一种类似 Python 的语言，可以编译成 C。在 Pandas 中，很多代码是用汇编语言编写的，这些代码经过了大量优化。在幕后，很多代码都是调用基于 Fortran 的线性代数库。

问题：指定int64与int是否有任何性能考虑[18:33]？这里的关键性能是使用尽可能少的位数来完全表示列。如果我们对item_nbr使用int8，最大的item_nbr大于 255，将无法容纳。另一方面，如果我们对store_nbr使用int64，它使用的位数比必要的多。鉴于这里的整个目的是避免耗尽 RAM，我们不希望使用比必要多 8 倍的内存。当您处理大型数据集时，很多时候最慢的部分是读取和写入 RAM，而不是 CPU 操作。另外，作为一个经验法则，较小的数据类型通常会运行得更快，特别是如果您可以使用单指令多数据（SIMD）矢量化代码，它可以将更多数字打包到一个单独的矢量中一次运行。

问题：我们不再需要对数据进行洗牌了吗[20:11]？尽管在这里我已经读取了整个数据，但当我开始时，我从不会一开始就读取整个数据。通过使用 UNIX 命令shuf，您可以在命令提示符下获取数据的随机样本，然后您可以直接读取该样本。这是一个很好的方法，例如，找出要使用的数据类型 — 读取一个随机样本，让 Pandas 为您找出。通常情况下，我会尽可能多地在样本上工作，直到我确信我理解了样本后才会继续。

要使用shuf从文件中随机选择一行，请使用-n选项。这将限制输出为指定的数量。您还可以指定输出文件：

shuf -n 5 -o sample_training.csv train.csv

'onpromotion': ‘object' [21:28]— object是一个通用的 Python 数据类型，速度慢且占用内存。原因是它是一个布尔值，还有缺失值，所以我们需要在将其转换为布尔值之前处理它，如下所示：

df_all.onpromotion.fillna(False, inplace=True)
df_all.onpromotion = df_all.onpromotion.map({
    'False': False, 
    'True': True
})
df_all.onpromotion = df_all.onpromotion.astype(bool)
%time df_all.to_feather('tmp/raw_groceries')

• fillna(False): 我们不会在没有先检查的情况下这样做，但一些探索性数据分析显示这可能是一个合适的做法（即缺失值表示 false）。

• map({‘False’: False, ‘True’: True})：object通常读取为字符串，所以用实际的布尔值替换字符串‘True’和‘False’。

• astype(bool)：最后将其转换为布尔类型。

• 拥有超过 1.25 亿条记录的 feather 文件占用了不到 2.5GB 的内存。

• 现在它以一个很好的快速格式，我们可以在不到 5 秒的时间内将它保存为 feather 格式。

Pandas 通常很快，所以你可以在 20 秒内总结所有 1.25 亿条记录的每一列：

%time df_all.describe(include='all')

• 首先要看的是日期。日期很重要，因为你在实践中放入的任何模型，都会在比你训练的日期晚的某个日期放入。所以如果世界上的任何事情发生变化，你需要知道你的预测准确性也会如何变化。所以对于 Kaggle 或你自己的项目，你应该始终确保你的日期不重叠。

• 在这种情况下，训练集从 2013 年到 2017 年 8 月。

df_test = pd.read_csv(
    f'{PATH}test.csv', 
    parse_dates = ['date'],
    dtype=types, 
    infer_datetime_format=True
)
df_test.onpromotion.fillna(False, inplace=True)
df_test.onpromotion = df_test.onpromotion.map({
    'False': False, 
    'True': True
})
df_test.onpromotion = df_test.onpromotion.astype(bool)
df_test.describe(include='all')

• 在我们的测试集中，它们从第二天开始直到月底。

• 这是一个关键的事情 —— 除非你理解这个基本的部分，否则你无法真正做出任何有用的机器学习。你有四年的数据，你正在尝试预测接下来的两周。在你能够做好这个工作之前，这是你需要理解的基本事情。

• 如果你想使用一个较小的数据集，我们应该使用最近的 —— 而不是随机的集合。

问题：四年前大约在同一时间段重要吗（例如在圣诞节左右）？确实。并不是说四年前没有有用的信息，所以我们不想完全抛弃它。但作为第一步，如果你要提交平均值，你不会提交 2012 年销售额的平均值，而可能想要提交上个月销售额的平均值。之后，我们可能希望更高权重最近的日期，因为它们可能更相关。但我们应该进行大量的探索性数据分析来检查。

df_all.tail()

这是数据底部的样子。

df_all.unit_sales = np.log1p(np.clip(df_all.unit_sales, 0, None))

• 我们必须对销售额取对数，因为我们正在尝试预测根据比率变化的某些东西，而他们告诉我们，在这个比赛中，均方根对数误差是他们关心的事情。

• np.clip(df_all.unit_sales, 0, None): 有一些代表退货的负销售额，组织者告诉我们在这个比赛中将它们视为零。clip截断到指定的最小值和最大值。

• np.log1p：值加 1 的对数。比赛细节告诉你他们将使用均方根对数加 1 误差，因为 log(0)没有意义。

%time add_datepart(df_all, 'date')
'''
CPU times: user 1min 35s, sys: 16.1 s, total: 1min 51s
Wall time: 1min 53s
'''

我们可以像往常一样添加日期部分。这需要几分钟，所以我们应该先在样本上运行所有这些，以确保它有效。一旦你知道一切都是合理的，然后回去在整个集合上运行。

n_valid = len(df_test)
n_trn = len(df_all) - n_valid
train, valid = split_vals(df_all, n_trn)
train.shape, valid.shape
'''
((122126576, 18), (3370464, 18))
'''

这些代码行与我们在推土机比赛中看到的代码行是相同的。我们不需要运行train_cats或apply_cats，因为所有的数据类型已经是数字的了（记住apply_cats将相同的分类代码应用于验证集和训练集）。

%%time
trn, y, nas  = proc_df(train, 'unit_sales')
val, y_val, nas = proc_df(valid, 'unit_sales', nas)

调用proc_df来检查缺失值等。

def rmse(x,y): 
    return math.sqrt(((x-y)**2).mean())
def print_score(m):
    res = [
      rmse(m.predict(X_train), y_train),
      rmse(m.predict(X_valid), y_valid),
      m.score(X_train, y_train), 
      m.score(X_valid, y_valid)
    ]
    if hasattr(m, 'oob_score_'): 
        res.append(m.oob_score_)
    print(res)

这些代码行再次是相同的。然后有两个变化：

set_rf_samples(1_000_000)
%time x = np.array(trn, dtype=np.float32)
'''
CPU times: user 1min 17s, sys: 18.9 s, total: 1min 36s
Wall time: 1min 37s
'''
m = RandomForestRegressor(
    n_estimators=20, 
    min_samples_leaf=100, 
    n_jobs=8
)
%time m.fit(x, y)

我们上周学习了set_rf_samples。我们可能不想从 1.25 亿条记录中创建一棵树（不确定需要多长时间）。你可以从 10k 或 100k 开始，然后找出你可以运行多少。数据集的大小与构建随机森林所需时间之间没有关系，关系在于估计器数量乘以样本大小。

问题： n_job是什么？过去，它总是-1[29:42]。作业数是要使用的核心数。我在一台大约有 60 个核心的计算机上运行这个，如果你尝试使用所有核心，它会花费很多时间来启动作业，速度会变慢。如果你的计算机有很多核心，有时你想要更少（-1表示使用每个核心）。

另一个变化是x = np.array(trn, dtype=np.float32)。这将数据框转换为浮点数组，然后我们在其上进行拟合。在随机森林代码内部，他们无论如何都会这样做。鉴于我们想要运行几个不同的随机森林，使用几种不同的超参数，自己做一次可以节省 1 分 37 秒。

如果你运行一行需要很长时间的代码，你可以在前面加上%prun。

%prun m.fit(x, y)

• 这将运行一个分析器，并告诉你哪些代码行花费了最多的时间。这里是 scikit-learn 中将数据框转换为 numpy 数组的代码行。

• 查看哪些事情占用了时间被称为“分析”，在软件工程中是最重要的工具之一。但数据科学家往往低估了它。

• 有趣的是，尝试不时运行%prun在需要 10-20 秒的代码上，看看你是否能学会解释和使用分析器输出。

• Jeremy 在分析器中注意到的另一件事是，当我们使用set_rf_samples时，我们不能使用 OOB 分数，因为如果这样做，它将使用其他 124 百万行来计算 OOB 分数。此外，我们希望使用最近日期的验证集，而不是随机的。

print_score(m)
'''
[0.7726754289860, 0.7658818632043, 0.23234198105350, 0.2193243264]
'''

所以这让我们得到了 0.76 的验证均方根对数误差。

m = RandomForestRegressor(
    n_estimators=20, 
    min_samples_leaf=10, 
    n_jobs=8
)
%time m.fit(x, y)

这使我们降到了 0.71，尽管花了更长的时间。

m = RandomForestRegressor(
    n_estimators=20, 
    min_samples_leaf=3, 
    n_jobs=8
)
%time m.fit(x, y)

这将错误降低到 0.70。min_samples_leaf=1并没有真正帮助。所以我们在这里有一个“合理”的随机森林。但是这在排行榜上并没有取得好的结果[33:42]。为什么？让我们回头看看数据：

这些是我们必须用来预测的列（以及由add_datepart添加的内容）。关于明天预计销售多少的大部分见解可能都包含在关于商店位置、商店通常销售的物品种类以及给定物品的类别是什么的细节中。随机森林除了在诸如星期几、商店编号、物品编号等方面创建二元分割之外，没有其他能力。它不知道物品类型或商店位置。由于它理解正在发生的事情的能力有限，我们可能需要使用整整 4 年的数据才能得到一些有用的见解。但是一旦我们开始使用整整 4 年的数据，我们使用的数据中有很多是非常陈旧的。有一个 Kaggle 内核指出，你可以做的是[35:54]：

1. 看看最后两周。

2. 按商店编号、物品编号、促销情况的平均销售额，然后跨日期取平均。

3. 只需提交，你就能排在第 30 名左右🎉

我们将在下一堂课上讨论这个问题，但如果你能找出如何从那个模型开始并使其变得更好一点，你将排在第 30 名以上。

问题：您能否尝试通过创建新列来捕捉季节性和趋势效应，比如 8 月份的平均销售额？这是一个很好的主意。要解决的问题是如何做到这一点，因为有一些细节需要正确，这些细节很困难-不是在智力上困难，而是以一种让你在凌晨 2 点撞头的方式困难。

为机器学习编码是非常令人沮丧和非常困难的。如果你弄错了一个细节，很多时候它不会给你一个异常，它只会默默地比原来稍微差一点。如果你在 Kaggle 上，你会知道你的表现不如其他人。但否则，你没有什么可以比较的。你不会知道你的公司模型是否只有它可能的一半好，因为你犯了一个小错误。这就是为什么现在在 Kaggle 上练习是很好的。

你将练习找到所有可能令人恼火地搞砸事情的方法，你会感到惊讶。

即使对于 Jeremy 来说，这些验证集也是非常丰富的。当你开始了解它们是什么时，你将开始知道如何在进行时检查它们。你应该假设你按下的每个按钮都会按错按钮。只要你有一种找出来的方法就可以。

不幸的是，没有一套你应该总是做的具体事情，你只需要考虑一下我即将做的事情的结果。这里有一个非常简单的例子。如果你创建了一个基本的条目，其中你按日期、店铺编号、促销状态取平均值，然后提交了它，并得到了一个合理的分数。然后你认为你有一些稍微好一点的东西，你为此做了预测。你可以创建一个散点图，显示你的平均模型预测在一个轴上，与你的新模型预测在另一个轴上。你应该看到它们几乎形成一条直线。如果不是，那么这非常明显地表明你搞砸了什么。

问题：您多久从其他来源获取数据来补充您已有的数据集？非常频繁。星型模式的整个重点是你有一个中心表，你有其他表与之相连，提供关于它的元数据。在 Kaggle 上，大多数比赛的规则是你可以使用外部数据，只要在论坛上发布并且是公开可用的（双重检查规则！）。在 Kaggle 之外，你应该始终寻找可能利用的外部数据。

问题：如何添加厄瓜多尔的假期来补充数据？这个信息实际上是提供的。一种解决这种问题的一般方法是创建许多新列，其中包含假期销售平均数量，一月和二月之间销售平均百分比变化等。在德国的一个杂货连锁店曾经有一场先前的比赛，几乎是一样的。获胜者是一个领域专家，擅长做物流预测。他根据自己的经验创建了许多列，这些列通常对于做预测是有用的。所以这是一个可以奏效的方法。然而，第三名获奖者几乎没有进行特征工程，而且他们也有一个大的疏忽，这可能导致他们失去第一名。随着比赛的进行，我们将学到更多关于如何赢得这场比赛以及类似比赛的知识。

PATH = "data/bulldozers/"

df_raw = pd.read_feather('tmp/raw')
df_trn, y_trn, nas = proc_df(df_raw, 'SalePrice')

我们首先读取蓝色书籍对推土机比赛的 feather 文件。提醒：我们已经读取了 CSV 文件，将其处理为类别，并保存为 feather 格式。接下来我们调用proc_df将类别转换为整数，处理缺失值，并提取出因变量。然后创建一个像上周一样的验证集：

def split_vals(a,n): 
    return a[:n], a[n:]n_valid = 12000
n_trn = len(df_trn)-n_valid
X_train, X_valid = split_vals(df_trn, n_trn)
y_train, y_valid = split_vals(y_trn, n_trn)
raw_train, raw_valid = split_vals(df_raw, n_trn)

上周，在proc_df中有一个 bug，当传入subset时会打乱数据框，导致验证集不是最新的 12000 条记录。这个问题已经修复。

## From lesson1-rf.ipynb
df_trn, y_trn, nas = proc_df(
    df_raw, 'SalePrice', 
    subset=30000, 
    na_dict=nas
)
X_train, _ = split_vals(df_trn, 20000)
y_train, _ = split_vals(y_trn, 20000)

问题：为什么nas既是该函数的输入又是输出[53:03]？proc_df返回一个告诉您哪些列丢失以及每个丢失列的中位数的字典。

1. 当您在较大的数据集上调用proc_df时，不需要传入nas，但您希望保留该返回值。

2. 稍后，当您想要创建一个子集（通过传入subset）时，您希望使用相同的丢失列和中位数，因此您传入nas。

3. 如果发现子集来自完全不同的数据集并且具有不同的丢失列，它将使用附加键值更新字典。

4. 它会跟踪您在传递给proc_df的任何内容中遇到的任何丢失列。

一旦我们完成了proc_df，它看起来是这样的。SalePrice是销售价格的对数。

我们已经知道如何进行预测。我们在通过每棵树运行特定行后，在每棵树的每个叶节点中取平均值。通常，我们不仅想要一个预测 - 我们还想知道我们对该预测的信心有多大。

如果我们没有看到许多类似这一行的示例，我们对预测会更不自信。在这种情况下，我们不希望任何树都通过 - 这有助于我们预测该行。因此，在概念上，您会期望当您通过不同树传递此不寻常的行时，它会最终出现在非常不同的位置。换句话说，与其只取树的预测平均值并说这是我们的预测，不如我们取树的预测标准差呢？如果标准差很高，这意味着每棵树都为我们提供了对该行预测的非常不同的估计。如果这是一种非常常见的行，树将已经学会为其做出良好的预测，因为它已经看到了许多基于这些行的分割机会。因此，跨树的预测标准差至少让我们相对了解我们对该预测的信心有多大[56:39]。这在 scikit-learn 中不存在，因此我们必须创建它。但我们已经有几乎需要的确切代码。

对于模型解释，没有必要使用完整的数据集，因为我们不需要一个非常准确的随机森林 - 我们只需要一个指示所涉及关系性质的随机森林。

只需确保样本大小足够大，以便如果多次调用相同的解释命令，每次都不会得到不同的结果。在实践中，50,000 是一个很高的数字，如果这还不够的话会令人惊讶（而且运行时间只需几秒）。

set_rf_samples(50000)m = RandomForestRegressor(
    n_estimators=40, 
    min_samples_leaf=3, 
    max_features=0.5, 
    n_jobs=-1, 
    oob_score=True
)
m.fit(X_train, y_train)
print_score(m)

这里我们可以做与上次完全相同的列表推导[58:35]：

%time preds = np.stack([t.predict(X_valid) for t in m.estimators_])
np.mean(preds[:,0]), np.std(preds[:,0])
'''
CPU times: user 1.38 s, sys: 20 ms, total: 1.4 s
Wall time: 1.4 s**(9.1960278072006023, 0.21225113407342761)
'''

这是针对一个观察结果的方法。这需要相当长的时间，特别是它没有充分利用我的计算机有很多核心这一事实。列表推导本身是 Python 代码，Python 代码（除非您在做一些特殊的事情）运行在串行模式下，这意味着它在单个 CPU 上运行，不利用您的多 CPU 硬件。如果我们想在更多树和更多数据上运行此代码，执行时间会增加。墙上时间（实际花费的时间）大致等于 CPU 时间，否则如果它在许多核心上运行，CPU 时间将高于墙上时间[1:00:05]。

原来 Fast.ai 库提供了一个方便的函数称为parallel_trees：

def get_preds(t): 
    return t.predict(X_valid)
%time preds = np.stack(parallel_trees(m, get_preds))
np.mean(preds[:,0]), np.std(preds[:,0])
'''
CPU times: user 100 ms, sys: 180 ms, total: 280 ms
Wall time: 505 ms**(9.1960278072006023, 0.21225113407342761)
'''

• parallel_trees接受一个随机森林模型m和要调用的某个函数（这里是get_preds）。这会并行在每棵树上调用此函数。

• 调用该函数对每棵树应用后返回一个结果列表。

• 这将把墙上的时间缩短到 500 毫秒，并给出完全相同的答案。如果时间允许，我们将讨论更一般的编写并行代码的方法，这对数据科学非常有用，但这里有一种我们可以用于随机森林的方法。

我们首先将数据复制一份，并将预测的标准差和预测本身（均值）作为新列添加进去：

x = raw_valid.copy()
x['pred_std'] = np.std(preds, axis=0)
x['pred'] = np.mean(preds, axis=0)
x.Enclosure.value_counts().plot.barh();

你可能还记得上一课中我们有一个叫做Enclosure的预测变量，这是一个重要的变量，我们稍后会看到。让我们从做一个直方图开始。Pandas 的一个好处是它具有内置的绘图功能。

问题：你能提醒我围栏是什么吗[01:02:50]？我们不知道它的意思，也不重要。这个过程的整个目的是我们将学习关于事物是什么（或者至少重要的事物，然后弄清楚它们是什么以及它们的重要性）。所以我们一开始对这个数据集一无所知。我们只是要看一下一个叫做Enclosure的东西，里面有一个叫做EROPS和ROPS的东西，我们甚至还不知道这是什么。我们只知道在任何大量出现的情况下，只有OROPS、EROPS w AC和EROPS。这在数据科学家中非常常见。你经常发现自己在看一些你不太熟悉的数据，并且你必须弄清楚哪些部分需要更仔细地研究，哪些部分似乎很重要，等等。在这种情况下，至少知道EROPS AC、NO ROPS和None or Unspecified我们真的不关心，因为它们基本上不存在。所以我们将关注OROPS、EROPS w AC和EROPS。

在这里，我们取了我们的数据框，按Enclosure分组，然后取了 3 个字段的平均值[1:04:00]:

flds = ['Enclosure', 'SalePrice', 'pred', 'pred_std']
enc_summ = x[flds].groupby('Enclosure', as_index=False).mean()
enc_summ

我们已经开始在这里学习一点：

• 预测和销售价格平均接近（好迹象）

• 标准差有些变化

enc_summ = enc_summ[~pd.isnull(enc_summ.SalePrice)]
enc_summ.plot('Enclosure', 'SalePrice', 'barh', xlim=(0,11));

enc_summ.plot(
    'Enclosure', 'pred', 'barh', 
    xerr='pred_std', 
    alpha=0.6, 
    xlim=(0,11)
);

我们使用了上面预测的标准差来绘制误差线。这将告诉我们是否有一些组或一些行我们并不是很有信心。我们可以对产品尺寸做类似的事情：

raw_valid.ProductSize.value_counts().plot.barh();

flds = ['ProductSize', 'SalePrice', 'pred', 'pred_std']
summ = x[flds].groupby(flds[0]).mean()
summ

你期望，平均而言，当你预测一个更大的数字时，你的标准差会更高。所以你可以按照预测的标准差与预测本身的比率排序[1:05:51]。

(summ.pred_std/summ.pred).sort_values(ascending=False)

这告诉我们的是产品尺寸Large和Compact，我们的预测不太准确（相对于总价格的比率）。所以如果我们回头看一下，你会明白为什么。这些是直方图中最小的组。正如你所期望的，在小组中，我们的工作效果不太好。

你可以用这个置信区间做两个主要目的：

1. 你可以按组查看平均置信区间，以找出你似乎不太有信心的组。

2. 也许更重要的是，你可以查看特定行的重要性。当你投入生产时，你可能总是想看到置信区间。例如，如果你正在进行信用评分来决定是否给某人贷款，你可能不仅想知道他们的风险水平，还想知道我们有多大的信心。如果他们想借很多钱，而我们对我们的预测能力毫无信心，我们可能会给他们较小的贷款。

在实践中，我总是首先查看特征重要性。无论我是在参加 Kaggle 竞赛还是在进行真实世界项目，我都会尽快构建一个随机森林，试图让它达到明显优于随机的水平，但不必比那更好太多。接下来我要做的事情是绘制特征重要性。

特征重要性告诉我们在这个随机森林中，哪些列很重要。在这个数据集中有几十列，而在这里，我们挑选出前十个。rf_feat_importance 是 Fast.ai 库的一部分，它接受一个模型 m 和一个数据框 df_trn（因为我们需要知道列的名称），然后会返回一个 Pandas 数据框，按重要性顺序显示每列的重要性。

fi = rf_feat_importance(m, df_trn); fi[:10]

fi.plot('cols', 'imp', figsize=(10,6), legend=False);

由于 fi 是一个 DataFrame，我们可以使用 DataFrame 绘图命令 [1:09:00]。重要的是要看到一些列真的很重要，而大多数列实际上并不重要。在你在现实生活中使用的几乎每个数据集中，你的特征重要性都会是这个样子。只有少数几列是你关心的，这就是为什么 Jeremy 总是从这里开始的原因。在这一点上，就学习这个重型工业设备拍卖领域，我们只需要关心那些重要的列。我们是否要去了解 Enclosure？取决于 Enclosure 是否重要。结果表明它出现在前十名，所以我们需要了解 Enclosure。

我们也可以将其绘制为条形图：

def plot_fi(fi): 
    return fi.plot('cols','imp','barh', figsize=(12,7), legend=False)
plot_fi(fi[:30]);

现在最重要的事情是和你的客户、数据字典，或者任何你的信息来源坐下来，然后说“好的，告诉我关于 YearMade。那是什么意思？它来自哪里？”[1:10:31] 绘制很多东西，比如 YearMade 的直方图和 YearMade 与价格的散点图，尽可能学到更多，因为 YearMade 和 Coupler_System —— 这些才是重要的事情。

在现实项目中经常发生的情况是，你和客户坐在一起，你会说“结果 Coupler_System 是第二重要的事情”，而他们可能会说“这毫无意义”。这并不意味着你的模型有问题，而是意味着他们对他们给你的数据的理解有问题。

让我举个例子。我参加了一个 Kaggle 竞赛，目标是预测大学的资助申请哪些会成功。我使用了这种确切的方法，发现了一些几乎完全预测因变量的列。具体来说，当我查看它们是如何预测的时候，结果是它们是否缺失是数据集中唯一重要的事情。由于这一发现，我最终赢得了那场比赛。后来，我听说了发生了什么。原来在那所大学，填写其他数据库是一项行政负担，因此对于很多资助申请，他们没有为那些未被接受的申请者填写数据库。换句话说，数据集中的这些缺失值表明这笔资助没有被接受，因为如果被接受，行政人员会输入那些信息。这就是我们所说的数据泄漏。数据泄漏意味着在我建模时数据集中有信息，而在大学在做决定时实际上并没有这些信息。当他们实际决定哪些资助申请要优先考虑时，他们不知道行政人员将来会添加信息的哪些申请，因为事实证明它们被接受了。

这里你会发现的一个关键问题是数据泄漏问题，这是一个你需要处理的严重问题。另一个问题是你经常会发现共线性的迹象。就像Coupler_System发生的情况一样。Coupler_System告诉你特定类型的重型工业设备是否具有特定功能。但如果根本不是那种工业设备，它就会缺失。因此，它指示了是否属于某一类重型工业设备。这不是数据泄漏。这是你在正确时间实际拥有的信息。你只需要谨慎解释它。因此，你应该至少查看前 10 个或寻找自然的分界点，并仔细研究这些事情。

为了让生活更轻松，有时候最好抛弃一些数据，看看是否会有任何不同。在这种情况下，我们有一个随机森林，r²为 0.889。在这里，我们筛选出那些重要性等于或小于 0.005 的数据（即只保留重要性大于 0.005 的数据）。

to_keep = fi[fi.imp>0.005].cols; len(to_keep)
df_keep = df_trn[to_keep].copy()
X_train, X_valid = split_vals(df_keep, n_trn)
m = RandomForestRegressor(
    n_estimators=40, 
    min_samples_leaf=3, 
    max_features=0.5, 
    n_jobs=-1, 
    oob_score=True
)
m.fit(X_train, y_train)
print_score(m)
'''
[0.20685390156773095, 0.24454842802383558, 0.91015213846294174, 0.89319840835270514, 0.8942078920004991]
'''

r²并没有太大变化 - 实际上略微增加了一点。一般来说，删除多余的列不应该使情况变得更糟。如果情况变得更糟，那么这些列实际上并不多余。这可能会使结果略微好一点，因为当决定要分裂时，它需要考虑的事情更少，不太可能偶然发现一个糟糕的列。因此，有稍微更好的机会创建一个稍微更好的树，使用稍微更少的数据，但不会有太大变化。但这会使速度更快，让我们专注于重要的事情。让我们在这个新结果上重新运行特征重要性。

fi = rf_feat_importance(m, df_keep)
plot_fi(fi);

把这个文本翻译成中文。

发生的关键事情是，当你移除冗余列时，你也在移除共线性的来源。换句话说，可能彼此相关的两列。共线性不会使你的随机森林更少预测，但如果 A 列与 B 列稍微相关，而 B 是独立变量的一个强驱动因素，那么重要性将在 A 和 B 之间分配。通过移除一些对结果影响很小的列，使得你的特征重要性图更清晰。之前YearMade与Coupler_System相当接近。但肯定有一堆与YearMade共线的东西，现在你可以看到YearMade真的很重要。这个特征重要性图比之前更可靠，因为它减少了很多共线性，不会让我们感到困惑。

这不仅非常简单，而且是一种你可以用于任何类型的机器学习模型的技术。有趣的是，几乎没有人知道这一点。许多人会告诉你，没有办法解释这种特定类型的模型（模型的最重要解释是知道哪些因素是重要的），这几乎肯定不会是真的，因为我要教给你的技术实际上适用于任何类型的模型。

• 我们拿我们的推土机数据集，我们有一个列Price我们正在尝试预测（因变量）。

• 我们有 25 个自变量，其中之一是YearMade。

• 我们如何确定YearMade有多重要？我们有一个完整的随机森林，我们可以找出我们的预测准确性。因此，我们将把所有这些行通过我们的随机森林，它将输出一些预测。然后我们将它们与实际价格进行比较（在这种情况下，我们得到我们的均方根误差和 r²）。这是我们的起点。

• 让我们做完全相同的事情，但这次，拿YearMade列并随机洗牌它（即随机排列只是那一列）。现在YearMade与之前完全相同的分布（相同的均值，相同的标准差）。但它与我们的因变量没有任何关系，因为我们完全随机重新排序了它。

• 之前，我们可能发现我们的 r²是 0.89。在我们洗牌YearMade之后，我们再次检查，现在 r²是 0.80。当我们破坏那个变量时，得分变得更糟了。

• 好的，让我们再试一次。我们把YearMade恢复到原来的状态，这次让我们拿Enclosure来洗牌。这次，r²是 0.84，我们可以说YearMade得分减少了 0.09，而Enclosure的得分减少了 0.05。这将为我们提供每一列的特征重要性。

问题：我们不能只排除这一列然后检查性能的下降吗[1:20:31]？你可以删除该列并训练一个全新的随机森林，但那将会非常慢。而通过这种方式，我们可以保留我们的随机森林，再次测试其预测准确性。因此，相比之下，这种方式更快速。在这种情况下，我们只需将每个洗牌列的每一行再次通过森林运行一遍。

问题：如果你想做多重共线性，你会做两个然后随机洗牌，然后三个[1:21:12]？我认为你不是指多重共线性，我认为你是指寻找交互效应。因此，如果你想知道哪些变量对是最重要的，你可以依次对每对变量做完全相同的事情。实际上，有更好的方法来做到这一点，因为显然这在计算上是非常昂贵的，所以如果可能的话，我们将尝试找时间来做到这一点。

我们现在有一个稍微更准确的模型，我们对它了解更多。所以我们时间不够了，我建议你在下一堂课之前尝试做的是，查看前 5 或 10 个预测变量，尝试学习如何在 Pandas 中绘制图表，并尝试回来带一些关于以下事项的见解：

• YearMade和因变量之间的关系是什么

• YearMade的直方图是什么样的

• 现在你知道YearMade非常重要，检查一下这一列中是否有一些噪音，我们可以修复。

• 检查一下这一列中是否有一些奇怪的编码问题，我们可以修复。

• Jeremy 提出的这个想法，也许Coupler_System完全存在是因为它与其他某些东西共线，你可能想要尝试弄清楚这是否属实。如果是这样，你会怎么做呢？

• fiProductClassDesc这个让人警惕的名字——听起来可能是一个高基数分类变量。它可能是一个有很多级别的东西，因为它听起来像是一个型号名称。所以去看看那个型号名称——它有一定的顺序吗？你能把它变成一个有序变量吗？它在字符串中有一些层次结构，我们可以通过连字符拆分它来创建更多的子列。

想一想这个问题。试着让你回来时，你有一些新的，最好是比我刚刚展示的更准确的东西，因为你找到了一些新的见解，或者至少你可以告诉班上一些你学到的有关重型工业设备拍卖的实际工作方式的事情。

随机森林解释是你可以用来创建一些非常酷的 Kaggle 内核的东西。基于树方差的置信度是其他地方不存在的。特征重要性肯定存在，并且已经在许多 Kaggle 内核中。如果你正在看一个竞赛或一个数据集，没有人做过特征重要性，成为第一个这样做的人总是会赢得很多票，因为最重要的是哪些特征是重要的。

我们已经看到，基本上测量相同事物的变量会混淆我们的变量重要性。它也会使我们的随机森林稍微不那么好，因为需要更多的计算来做同样的事情，还有更多的列要检查。所以我们要做一些额外的工作来尝试去除冗余特征。我做的方法是做一些叫做“树状图”的东西。它有点像分层聚类。

聚类分析是一种尝试查看对象的方法，它们可以是数据集中的行或列，并找出彼此相似的对象。通常你会看到人们特别谈论聚类分析，他们通常指的是数据的行，并会说“让我们绘制它”并找出聚类。一种常见的聚类分析类型，如果时间允许，我们可能会详细讨论一下，被称为 k 均值。基本上，你假设你根本没有任何标签，然后随机选择几个数据点，逐渐找到靠近它的数据点，并将它们移动到离质心更近的位置，然后再次重复这个过程。这是一种迭代的方法，你告诉它你想要多少个聚类，它会告诉你它认为哪些类别在哪里。

一个真正被低估的技术（20 或 30 年前比今天更受欢迎）是层次聚类，也称为凝聚聚类。在层次或凝聚聚类中，我们查看每对对象，并说哪两个对象最接近。然后我们取最接近的一对，删除它们，并用两者的中点替换它们。然后再重复这个过程。由于我们正在删除点并用它们的平均值替换它们，您逐渐通过成对组合减少了点的数量。很酷的是，您可以绘制出来。

from scipy.cluster import hierarchy as hc
corr = np.round(scipy.stats.spearmanr(df_keep).correlation, 4)
corr_condensed = hc.distance.squareform(1-corr)
z = hc.linkage(corr_condensed, method='average')
fig = plt.figure(figsize=(16,10))
dendrogram = hc.dendrogram(
      z, 
      labels=df_keep.columns, 
      orientation='left', 
      leaf_font_size=16
)
plt.show()

就像这样。不是看点，而是看变量，我们可以看到哪两个变量最相似。saleYear和saleElapsed非常相似。因此，这里的横轴是正在比较的两个点有多相似。如果它们更靠近右侧，那意味着它们非常相似。因此，saleYear和saleElapsed已经被合并，并且它们非常相似。

在这种情况下，我实际上使用了斯皮尔曼相关系数 R。你们已经熟悉相关系数了吗？所以相关性几乎与 R²完全相同，但它是在两个变量之间而不是一个变量和它的预测之间。普通相关性的问题在于，如果你有这样的数据，那么你可以进行相关性分析，你会得到一个好的结果。

但是如果你有这样的数据，并尝试进行相关性分析（假设是线性的），那就不太好了。

因此有一种称为秩相关的东西，这是一个非常简单的想法。用每个点的秩替换它。

从左到右，我们按照 1、2、…6 的顺序排名。然后你也要对 y 轴做同样的操作。然后你创建一个新的图，不是绘制数据，而是绘制数据的排名。如果你仔细想一想，这个数据集的排名看起来会像一条直线，因为每当 x 轴上的某个值更大时，y 轴上的值也更大。因此，如果我们对排名进行相关性分析，那就是称为排名相关性。

因为我们想要找到那些在某种方式上与随机森林发现它们相似的列（随机森林不关心线性，它们只关心排序），所以秩相关是正确的思考方式。所以斯皮尔曼相关系数是最常见的秩相关的名称。但你可以用数据的秩替换数据，然后将其传递给常规相关性，你将得到基本相同的答案。唯一的区别在于如何处理并列的数据，这是一个相当次要的问题。

一旦我们有了一个相关矩阵，基本上有几个标准步骤可以将其转换为树状图，每次我都必须在 stackoverflow 上查找。你基本上将其转换为一个距离矩阵，然后创建一个告诉你哪些东西在层次上连接到彼此的东西的东西。所以这是你总是必须做的三个标准步骤来创建一个树状图：

corr_condensed = hc.distance.squareform(1-corr)
z = hc.linkage(corr_condensed, method='average')
dendrogram = hc.dendrogram(
       z, 
       labels=df_keep.columns, 
       orientation='left', 
       leaf_font_size=16
)

然后你可以绘制它[1:01:30]。saleYear和saleElapsed基本上在衡量相同的东西（至少在排名上），这并不奇怪，因为saleElapsed是自我的数据集中的第一天以来的天数，所以显然这两者几乎完全相关。Grouser_Tracks、Hidraulics_Flow和Coupler_System似乎在衡量相同的东西。这很有趣，因为记住，Coupler_System被认为非常重要。所以这更支持了我们的假设，这与是否是一个连接器系统无关，而是与它是什么类型的车辆具有这种特征。ProductGroup和ProductGroupDesc似乎在衡量相同的东西，fiBaseModel和fiModelDesc也是如此。一旦我们超过这一点，突然之间的距离更远，所以我可能不会担心那些。所以我们将研究那些非常相似的四组。

如果你只想知道这个东西与那个东西有多相似，最好的方法是查看 Spearman’s R 相关矩阵[1:03:43]。这里没有使用随机森林。距离度量完全是基于秩相关性进行的。

然后我做的是，我取这些组并创建一个小函数get_oob（获取 Out Of Band 分数）[1:04:29]。它为某个数据框执行一个随机森林。我确保已经将该数据框拆分为训练集和验证集，然后调用fit并返回 OOB 分数。

def get_oob(df):
    m = RandomForestRegressor(
       n_estimators=30, 
       min_samples_leaf=5, 
       max_features=0.6, 
       n_jobs=-1, 
       oob_score=True
)
    x, _ = split_vals(df, n_trn)
    m.fit(x, y_train)
    return m.oob_score_

基本上我要做的是尝试逐个去掉这 9 个左右的变量中的每一个，看看哪些我可以去掉而不会使 OOB 分数变得更糟。

get_oob(df_keep)
'''
0.89019425494301454
'''

每次我运行这个，我得到稍微不同的结果，所以实际上看起来上一次我有 6 个而不是 9 个。所以你可以看到，我只是循环遍历我认为可能可以去掉的每一个东西，因为它是多余的，然后打印出模型的列名和在去掉那个列之后训练的模型的 OOB 分数。

for c in (
       'saleYear', 'saleElapsed', 'fiModelDesc', 'fiBaseModel', 
       'Grouser_Tracks', 'Coupler_System'
):
    print(c, get_oob(df_keep.drop(c, axis=1)))

整个数据框的 OOB 分数为 0.89，然后在去掉每一个这些东西之后，基本上没有一个变得更糟。saleElapsed比saleYear要糟糕得多。但看起来其他几乎所有的东西，我只能去掉一个小数点问题。所以显然，你必须记住树状图。让我们看看 fiModelDesc 和 fiBaseModel，它们非常相似。所以这意味着的不是我可以去掉它们中的两个，而是我可以去掉其中一个，因为它们基本上在衡量同一件事情。

saleYear 0.889037446375
saleElapsed 0.886210803445
fiModelDesc 0.888540591321
fiBaseModel 0.88893958239
Grouser_Tracks 0.890385236272
Coupler_System 0.889601052658

然后我尝试了。让我们尝试每组中去掉一个：

to_drop = ['saleYear', 'fiBaseModel', 'Grouser_Tracks']
get_oob(df_keep.drop(to_drop, axis=1))
'''
0.88858458047200739
'''

我们从 0.890 到 0.888，再次，它们之间的差距太小以至于无关紧要。听起来不错。简单就是好。所以我现在要从我的数据框中删除这些列，然后我可以尝试再次运行完整的模型。

df_keep.drop(to_drop, axis=1, inplace=True)
X_train, X_valid = split_vals(df_keep, n_trn)
np.save('tmp/keep_cols.npy', np.array(df_keep.columns))
keep_cols = np.load('tmp/keep_cols.npy')
df_keep = df_trn[keep_cols]

reset_rf_samples意味着我使用了整个自助采样。有 40 个估计器，我们得到了 0.907。

reset_rf_samples()
m = RandomForestRegressor(
       n_estimators=40, 
       min_samples_leaf=3, 
       max_features=0.5, 
       n_jobs=-1, 
       oob_score=True
)
m.fit(X_train, y_train)
print_score(m)
'''
[0.12615142089579687, 0.22781819082173235, 0.96677727309424211, 0.90731173105384466, 0.9084359846323049]
'''

现在我有了一个更小更简单的模型，并且得分很好。所以在这一点上，我已经尽可能地去掉了许多列（那些要么没有很好的特征重要性，要么与其他变量高度相关，当我去掉它们时，模型没有显著变差）。

现在我到了想要通过利用模型更好地了解我的数据的阶段。我们将使用一种称为偏依赖的技术。再次强调，这是你可以在 Kaggle 内核中使用的东西，很多人会欣赏这一点，因为几乎没有人知道偏依赖，它是一种非常强大的技术。我们要做的是找出对于重要的特征，它们如何与因变量相关。让我们来看看。

from pdpbox import pdp
from plotnine import *

再次，由于我们正在进行解释，我们将设置set_rf_samples为 50,000，以便快速运行事务。

set_rf_samples(50000)

我们将获取我们的特征重要性，并注意我们正在使用max_n_cat，因为我实际上对看到解释的各个级别很感兴趣。

df_trn2, y_trn, nas = proc_df(df_raw, 'SalePrice', max_n_cat=7)
X_train, X_valid = split_vals(df_trn2, n_trn)
m = RandomForestRegressor(
       n_estimators=40, 
       min_samples_leaf=3, 
       max_features=0.6, 
       n_jobs=-1
)
m.fit(X_train, y_train);

这是前 10 个：

plot_fi(rf_feat_importance(m, df_trn2)[:10]);

让我们尝试更多地了解那些前 10 个。YearMade是第二重要的。所以一个明显的事情是我们可以做的是绘制YearMade与saleElapsed的关系，因为正如我们已经讨论过的，它们似乎是重要的，但很可能它们是结合在一起找出产品在销售时的年龄。所以我们可以尝试绘制YearMade与saleElapsed，看看它们之间的关系。

df_raw.plot('YearMade', 'saleElapsed', 'scatter', alpha=0.01, figsize=(10,8));

当我们这样做时，我们得到了这个非常丑陋的图表。它告诉我们YearMade实际上有很多是一千。显然，这是我会倾向于回到客户那里并说好的，我猜这些推土机实际上不是在公元 1000 年制造的，他们可能会对我说“是的，这些是我们不知道制造地点的产品”。也许“1986 年之前，我们没有追踪”或者“在伊利诺伊州销售的产品，我们没有提供这些数据”等等——他们会告诉我们一些原因。为了更好地理解这个图，我只是要从分析的解释部分中将它们移除。我们只会获取YearMade大于 1930 的数据。

x_all = get_sample(df_raw[df_raw.YearMade>1930], 500)
ggplot(x_all, aes('YearMade', 'SalePrice')) + \
       stat_smooth(se=True, method='loess')

现在让我们看一下YearMade和SalePrice之间的关系。有一个非常棒的包叫做ggplot。ggplot最初是一个 R 包（GG 代表图形语法）。图形语法是一种非常强大的思考方式，可以以非常灵活的方式生成图表。我在这门课上不会谈论它太多。网上有很多信息可供参考。但我绝对推荐它作为一个很棒的包来使用。ggplot可以通过pip安装，它已经是 fast.ai 环境的一部分。Python 中的ggplot基本上具有与 R 版本相同的参数和 API。R 版本有更好的文档，所以你应该阅读它的文档以了解如何使用它。但基本上你会说“好的，我想为这个数据框（x_all）创建一个图。当你创建图时，你使用的大多数数据集都太大而无法绘制。例如，如果你做一个散点图，它会创建很多点，导致一团糟，而且会花费很长时间。记住，当你绘制东西时，你是在看它，所以没有必要绘制一个有一亿个样本的东西，当你只使用十万个时，它们会完全相同。这就是为什么我首先调用get_sample。get_sample只是抓取一个随机样本。

ggplot(x_all, aes('YearMade', 'SalePrice')) + \
       stat_smooth(se=True, method='loess')

所以我只是从我的数据框中抓取 500 个点，然后绘制YearMade和SalePrice。aes代表“美学” - 这是你在ggplot中设置列的基本方式。然后在ggplot中有一个奇怪的东西，“+”表示添加图表元素。所以我要添加一个平滑线。通常你会发现散点图很难看清楚发生了什么，因为有太多的随机性。或者，平滑线基本上为图的每个小子集创建一个小线性回归。这样可以连接起来，让你看到一个漂亮的平滑曲线。这是我倾向于查看单变量关系的主要方式。通过添加se=True，它还会显示这个平滑线的置信区间。loess代表局部加权回归，这是做许多小型回归的想法。

所以我们可以在这里看到，YearMade和SalePrice之间的关系非常混乱，这并不是我们所期望的。我本来以为最近卖出的东西可能会更贵，因为通货膨胀和更现代的型号。问题在于，当你看一个像这样的单变量关系时，会有很多共线性发生 - 很多互动被忽略了。例如，价格为什么会下降？是因为 1991 年至 1997 年之间制造的东西价值更低吗？还是因为大部分产品在那个时期也被卖出，那时可能有经济衰退？或者是因为在那个时期卖出的产品，更多人购买了价格更低的车辆类型？有各种各样的原因。所以再次，作为数据科学家，你将会看到的一件事是，在你加入的公司里，人们会拿着这种单变量图来找你，他们会说“哦天啊，我们在芝加哥的销售量消失了。变得很糟糕。”或者“人们不再点击这个广告了”，然后他们会给你看一个看起来像这样的图表，问发生了什么。大多数情况下，你会发现答案是“发生了什么”的问题是有其他原因的。比如，“实际上上周在芝加哥，我们在做一个新的促销活动，这就是为什么我们的收入下降了 - 不是因为人们不再在芝加哥购买东西了；价格更低了”。

所以我们真正想要做的是说“嗯，SalePrice和YearMade之间的关系是什么，其他所有事情都相等。” “其他所有事情都相等”基本上意味着如果我们在 1990 年和 1980 年卖了同样的东西给同样的人在同样的拍卖会上等等，价格会有什么不同？为了做到这一点，我们做了一个叫做部分依赖图的东西。

x = get_sample(X_train[X_train.YearMade>1930], 500)

有一个非常好的库，没有人听说过，叫做pdp，它可以做这些部分依赖图，发生的情况是这样的。我们有 500 个数据点的样本，我们要做一些非常有趣的事情。我们将对这 500 个随机选择的拍卖会进行处理，然后我们将从中制作一个小数据集。

这是我们的数据集，有 500 个拍卖品，这是我们的列，其中一个是我们感兴趣的事物YearMade。我们现在要尝试创建一个图表，在这个图表中我们说在 1960 年，其他所有事物都相等的情况下，拍卖品的成本是多少？我们将用 1960 年替换YearMade列。我们将一直复制值 1960，直到最后。现在每一行，制造年份都是 1960，所有其他数据都将完全相同。我们将使用我们的随机森林，将所有这些数据传递给我们的随机森林来预测销售价格。这将告诉我们，对于所有被拍卖的物品，如果那个物品是在 1960 年制造的，我们认为它将被卖出多少钱。这就是我们将在右侧绘制的内容。

我们将为 1961 年做同样的事情。

问题：明确一点，我们已经拟合了随机森林，然后我们只是传递一个新的年份，看看它确定的价格应该是多少？是的，这很像我们做特征重要性的方式。但是，我们不是随机洗牌列，而是用一个常数值替换列。随机洗牌列告诉我们当您不再使用该列时它有多准确。用一个常数值替换整个列为我们估计了如果那个产品是在 1961 年制造的，我们将在那天在那个地方的那个拍卖会上卖出那个产品多少钱。然后我们取所有从那个随机森林计算出的销售价格的平均值。我们在 1961 年这样做，得到这个值：

def plot_pdp(feat, clusters=None, feat_name=None):
    feat_name = feat_name or feat
    p = pdp.pdp_isolate(m, x, feat)
    return pdp.pdp_plot(
       p, feat_name, 
       plot_lines=True, 
       cluster=clusters is not None, 
       n_cluster_centers=clusters
    )
plot_pdp('YearMade')

所以这里的部分依赖图（PDP）向我们展示的是每一条浅蓝色线实际上都显示了所有 500 条线。因此，对于我们数据集中的第 1 行，如果我们在 1960 年卖出它，我们将将其索引为零，称之为零。如果在 1970 年卖出那个特定的拍卖品，它将在这里，等等。我们实际上绘制了所有 500 个预测，即如果我们用不同的值替换其YearMade，那么这 500 个拍卖品中的每一个将会卖出多少钱。然后这条深色线是平均值。因此，这告诉我们，如果所有这些产品实际上是在 1985 年、1990 年、1993 年等制造的，我们将平均卖出这些拍卖品多少钱。因此，您可以看到，这里发生的情况是，至少在我们有相当多数据的时期，即自 1990 年以来，这基本上是一条完全直线，这是您所期望的。因为如果在同一日期卖出，而且是同一种拖拉机，卖给同一个人在同一个拍卖行，那么您会期望更近期的车辆更昂贵，因为通货膨胀和它们是更新的。您会期望这种关系大致是线性的，这正是我们发现的。通过消除所有这些外部因素，通常能够更清楚地看到真相。

这个部分依赖图是使用随机森林来更清晰地解释我们数据中发生的情况。步骤是：

1. 首先看一下未来的重要性，告诉我们我们认为我们关心哪些事情。

2. 然后使用部分依赖图告诉我们平均情况下发生了什么。

我们可以用 PDP 做另一件很酷的事情，那就是我们可以使用聚类。聚类的作用是利用聚类分析来查看这 500 行中的每一行，并判断这 500 行中是否有一些行以相同的方式移动。我们可以看到似乎有很多行是先下降然后上升，还有一些行是先上升然后趋于平缓。看起来似乎有一些不同类型的行为被隐藏了，所以这里是进行聚类分析的结果：

plot_pdp('YearMade', clusters=5) 

我们仍然得到相同的平均值，但这里列出了我们看到的五种最常见的形状。这就是你可以进去并说好吧，看起来有些车辆在 1990 年后，它们的价格相当稳定。在那之前，它们是相当线性的。其他一些车辆则恰恰相反，所以不同种类的车辆有不同的形状。因此，这是你可以深入研究的内容。

问题：那么我们要如何处理这些信息呢？解释的目的是为了了解数据集，那么你为什么想要了解一个数据集呢？因为你想要对其进行某些操作。所以在这种情况下，如果你试图赢得 Kaggle 竞赛，这并不是什么大不了的事情——一些洞察可能让你意识到我可以转换这个变量或创建这种互动等等。显然，特征重要性对于 Kaggle 竞赛非常重要。但这更多地是为了现实生活。所以当你与某人交谈时，你对他们说“好的，你一直向我展示的那些图表实际上表明在 1990 年至 1997 年之间基于某些因素价格出现了下降。实际上并没有。实际上它们是在增长，那时发生了其他事情。”这基本上是让你说出，无论我试图在我的业务中推动的结果是什么，这就是某种驱动力。所以如果我在看广告技术，是什么在推动点击，我实际上正在深入研究，看看点击是如何被推动的。这实际上是在推动它的变量。这是它们之间的关系。因此，我们应该以这种方式改变我们的行为。这实际上是任何模型的目标。我想有两个可能的目标：一个模型的目标只是为了获得预测，比如如果你在进行对冲基金交易，你可能想知道那只股票的价格会是多少。如果你在做保险，你可能只想知道那个人会有多少索赔。但大多数情况下，你实际上是在尝试改变你的业务方式——你如何做市场营销，如何做物流，所以你真正关心的是这些事物之间的关系。

问题：你能再解释一下为什么这个下降并不意味着我们所认为的吗？是的。这是一个经典的无聊的单变量图。这只是将所有的点，所有的选项，将制造年份与销售价格进行绘图，并且我们只是通过它们拟合一个粗略的平均值。在我们的数据集中，1992 年至 1997 年制造的产品平均销售价格较低。在商业中，你经常会听到有人看到这样的情况并说“我们应该停止拍卖那些在这些年份制造的设备，因为我们得到的钱更少”，例如。但事实上，可能是在那些年份，人们制造了更多的小型工业设备，你会期望它们的售价更低，而实际上我们的利润也同样高。或者并不是那些年份制造的东西现在会更便宜，而是在那些年份卖东西时，它们更便宜，因为当时正值经济衰退。如果你真的想根据这个采取一些行动，你可能并不只关心那些年份制造的东西平均更便宜，而是这对今天有什么影响。因此，我们采用 PDP 方法，实际上是说让我们尝试消除所有这些外部因素。因此，如果同一天向同一人出售同一种类型的车辆，那么实际上制造年份如何影响价格。这基本上是说，例如，如果我在拍卖会上决定买什么，那么这对我来说意味着平均而言，购买一辆更近期的车辆确实会给你更多的钱，这并不是单变量图所说的。

评论：2010 年生产的推土机可能与 1960 年生产的推土机类型不太接近。如果你拿一个非常不同的东西，比如 2010 年的推土机，然后试图说“哦，如果它是 1960 年生产的”，这可能会导致预测不准确，因为它远远超出了训练集的范围。绝对。这是一个很好的观点。然而，这是一个限制，如果你有一个数据点在它以前没有见过的空间中，比如也许 1960 年的推土机没有安装空调，你在说这台带空调的推土机在 1960 年会卖多少钱，你实际上没有任何信息来知道这一点。这仍然是我知道的最好的技术，但并不完美。你希望树仍然能找到一些有用的真相，即使它以前没有见过这些特征的组合。但是，是的，这是需要注意的事情。

feats = ['saleElapsed', 'YearMade']
p = pdp.pdp_interact(m, x, feats)
pdp.pdp_interact_plot(p, feats)

您也可以在 PDP 交互图中执行相同的操作[1:27:36]。而我真正想要的 PDP 交互图是，saleElapsed 和 YearMade 如何共同影响价格。如果我做一个 PDP 交互图，它会显示给我 saleElapsed vs. price，YearMade vs. price，以及两者的组合 vs. price。请记住，这里始终是价格的对数。这就是为什么这些价格看起来很奇怪。您可以看到 saleElapsed 和 YearMade 的组合正如您所期望的那样——价格最高的是那些经过的时间最短和最近制造的年份。右上角是 saleElapsed 和价格之间的单变量关系，左下角是 YearMade 和价格之间的单变量关系，右下角是两者的组合。足以清楚地看到这两个因素共同推动价格。您还可以看到这些不是简单的对角线，因此存在一些有趣的交互作用。根据观察这些图，我认为，也许我们应该加入某种交互项并看看会发生什么。所以让我们稍后再回到这个问题，但让我们先看几个例子。

请记住，在这种情况下，我们进行了独热编码——在最开始时，我们说max_n_cat=7[1:29:18]。因此，我们有像Enclosure_EROPS w AC这样的变量。因此，如果您有独热编码的变量，您可以将它们的数组传递给plot_pdp，它将把它们视为一个类别。

因此，在这种情况下，我将创建这三个类别的 PDP 图，并将其命名为“Enclosure”。

plot_pdp([
       'Enclosure_EROPS w AC', 
       'Enclosure_EROPS', 
       'Enclosure_OROPS'
], 5, 'Enclosure')

我可以看到Enclosure_EROPS w AC的平均价格要高于Enclosure_EROPS或Enclosure_OROPS。实际上，后两者看起来相似，或者Enclosure_EROPS w AC更高。因此，此时我可能倾向于跳转到 Google 并搜索“erops orops”以了解这些内容，然后我们继续。

事实证明，EROPS 是封闭式翻转保护结构，因此如果您的推土机完全封闭，则可以选择安装空调。因此，这实际上告诉我们它是否有空调。如果是开放式结构，那么显然根本没有空调。这就是这三个级别的含义。因此，我们现在知道，其他条件相同的情况下，同一时间销售，同一时间制造，销售给同一人的推土机，如果有空调，价格会比没有空调的要高得多。因此，我们再次获得了这种很好的解释能力。现在我花了一些时间处理这个数据集，我肯定注意到了知道这一点是最重要的事情，您会注意到现在有更多的带空调的推土机，比过去有更多，因此日期和这之间肯定存在交互作用。

df_raw.YearMade[df_raw.YearMade<1950] = 1950
df_keep['age'] = df_raw['age'] = df_raw.saleYear-df_raw.YearMade
X_train, X_valid = split_vals(df_keep, n_trn)
m = RandomForestRegressor(
       n_estimators=40, 
       min_samples_leaf=3, 
       max_features=0.6, 
       n_jobs=-1
)
m.fit(X_train, y_train)
plot_fi(rf_feat_importance(m, df_keep));

根据之前的交互分析，首先我尝试将 1950 年之前的所有内容设置为 1950 年，因为这似乎是某种缺失值[1:31:25]。我将age设置为saleYear - YearMade。然后我尝试在此基础上运行随机森林。确实，age现在是最重要的因素，saleElapsed 远远落后，YearMade 也落后。因此，我们使用这个找到了一个交互作用。但请记住，随机森林可以通过具有多个分割点来创建交互作用，因此我们不应该假设这实际上会带来更好的结果。实际上，当我查看我的得分和 RMSE 时，我发现添加 age 实际上效果稍差。也许在下一节课中我们会看到更多相关内容。

最后一件事是树解释器。这也属于大多数人不知道存在的事物类别，但它非常重要。对于 Kaggle 竞赛几乎毫无意义，但对于现实生活非常重要。这是个想法。假设你是一家保险公司，有人打电话给你，你给他们报价，他们说“哦，比去年贵了 500 美元。为什么？”总的来说，你从某个模型中做出了预测，有人问为什么。这就是我们使用的这种叫做树解释器的方法。树解释器的作用是允许我们取出特定的一行。

from treeinterpreter import treeinterpreter as ti
df_train, df_valid = split_vals(df_raw[df_keep.columns], n_trn)

所以在这种情况下，我们将选择零行。

row = X_valid.values[None,0]; row

这是零行中的所有列。

我可以用树解释器做的是，我可以调用ti.predict，传入我的随机森林和我的行（这将是这个特定客户的保险信息，或者在这种情况下是这个特定拍卖）。它会给我三件事：

• 预测: 随机森林的预测

• 偏差: 整个原始数据集的平均销售价格

• 贡献度: 一列和要拆分的值（即预测器），以及它对预测值的影响有多大。

prediction, bias, contributions = ti.predict(m, row)

所以你可以这样想[1:34:51]。整个数据集的平均对数销售价格为 102。那些联接器系统≤0.5的数据集平均为 10.3。联接器系统≤0.5和围栏≤2.0的数据集为 9.9，然后最终我们一直到这里，还有ModelID≤4573.0，为 10.2。所以你可以问，为什么我们为这个特定行预测了 10.2？

这是因为我们从 10.19 开始：

• 因为联接器系统小于 0.3，我们增加了大约 0.2（所以我们从 10.19 增加到 10.34）。

• 因为围栏小于 2，我们减去了大约 0.4。

• 然后因为模型 ID 小于 4573，我们增加了大约 0.7

所以你可以看到，通过一棵树，你可以分解为什么我们预测了 10.2。在每一个决策点，我们都会对值进行一点点的加减。然后我们可以对所有树都这样做，然后我们可以取平均值。每次我们看到围栏，我们增加还是减少了值，以及多少？每次我们看到模型 ID，我们增加还是减少了值，以及多少？我们可以取所有这些的平均值，这就是所谓的贡献度。

prediction[0], bias[0]
'''
(9.1909688098736275, 10.10606580677884)
'''
idxs = np.argsort(contributions[0])
[
    o for o in zip(
       df_keep.columns[idxs], 
       df_valid.iloc[0][idxs], 
       contributions[0][idxs]
    )
]

这里是我们所有的预测因子和每个值[1:37:54]。

[('ProductSize', 'Mini', -0.54680742853695008),
 ('age', 11, -0.12507089451852943),
 ('fiProductClassDesc',
  'Hydraulic Excavator, Track - 3.0 to 4.0 Metric Tons',
  -0.11143111128570773),
 ('fiModelDesc', 'KX1212', -0.065155113754146801),
 ('fiSecondaryDesc', nan, -0.055237427792181749),
 ('Enclosure', 'EROPS', -0.050467175593900217),
 ('fiModelDescriptor', nan, -0.042354676935508852),
 ('saleElapsed', 7912, -0.019642242073500914),
 ('saleDay', 16, -0.012812993479652724),
 ('Tire_Size', nan, -0.0029687660942271598),
 ('SalesID', 4364751, -0.0010443985823001434),
 ('saleDayofyear', 259, -0.00086540581130196688),
 ('Drive_System', nan, 0.0015385818526195915),
 ('Hydraulics', 'Standard', 0.0022411701338458821),
 ('state', 'Ohio', 0.0037587658190299409),
 ('ProductGroupDesc', 'Track Excavators', 0.0067688906745931197),
 ('ProductGroup', 'TEX', 0.014654732626326661),
 ('MachineID', 2300944, 0.015578052196894499),
 ('Hydraulics_Flow', nan, 0.028973749866174004),
 ('ModelID', 665, 0.038307429579276284),
 ('Coupler_System', nan, 0.052509808150765114),
 ('YearMade', 1999, 0.071829996446492878)]

视频中存在排序问题，因为没有使用索引排序，但上面的示例是已更正的版本。

contributions[0].sum()
'''
-0.7383536391949419
'''

然后有一个叫做偏差的东西，偏差只是我们在开始进行任何拆分之前的平均值[1:39:03]。如果你从平均对数值开始，然后我们沿着每棵树走，每次看到 YearMade 时，我们有一些影响，联接器系统有一些影响，产品尺寸有一些影响，等等。

我们可能会在下次回到树解释器，但基本思想（这是我们关键解释点的最后一个）是，我们希望不仅能告诉我们关于整个模型以及平均工作原理的信息，还要查看模型如何为单个行进行预测。这就是我们在这里所做的。