【机器学习案列】糖尿病风险可视化及预测

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一、引言

  糖尿病是一种日益普遍的慢性疾病，它影响着全球数百万人的生活质量。为了更好地理解糖尿病的发病机制和预测风险，本文将利用一组包含多种生理指标的糖尿病数据集进行可视化分析，并使用结合XGBoost算法，对糖尿病数据集进行分析和预测。接下来直接上代码：

二、数据准备与探索

  首先，我们需要加载并探索数据集。我们将使用Python的pandas库来处理数据，并使用matplotlib和seaborn库来进行可视化。

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from xgboost import XGBClassifier
from sklearn.metrics import accuracy_score, confusion_matrix, classification_report
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns

# 加载数据（假设数据集为CSV格式，文件名为diabetes.csv）
url = 'diabetes.csv'  # 请替换为你的数据集路径
data = pd.read_csv(url)

print(data.head())
print(data.info())

  从上面的结果可以发现数据包括：Pregnancies（怀孕次数）、Glucose（血糖水平）、BloodPressure（血压）、SkinThickness（皮肤厚度）、Insulin（胰岛素）、BMI（体重指数）、DiabetesPedigreeFunction（糖尿病遗传函数）以及Age（年龄），并通过这些特征来预测Outcome（结果，1表示有糖尿病，0表示没有糖尿病）等特征，并数据集的shape为（768，9）无缺失值。

三、数据可视化

  接下来，我们将利用可视化工具来探索数据中的模式和趋势。

3.1 血糖水平（Glucose）与糖尿病结果（Outcome）的关系

# 设置绘图风格
sns.set(style="whitegrid")
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.boxplot(x='Outcome', y='Glucose', data=data)
plt.title('Blood Glucose Levels by Diabetes Outcome')
plt.show()

3.2 血压（BloodPressure）与糖尿病结果（Outcome）的关系

plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.boxplot(x='Outcome', y='BloodPressure', data=data)
plt.title('Blood Pressure by Diabetes Outcome')
plt.show()

3.3 体重指数（BMI）与糖尿病结果（Outcome）的关系

plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.boxplot(x='Outcome', y='BMI', data=data)
plt.title('BMI by Diabetes Outcome')
plt.show()

3.4 年龄（Age）与糖尿病结果（Outcome）的关系

plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.histplot(data['Age'], hue=data['Outcome'], multiple='stack', kde=True)
plt.title('Age Distribution by Diabetes Outcome')
plt.legend(title='Outcome')
plt.show()

3.5 特征之间的相关性热图

plt.figure(figsize=(12, 8))
correlation_matrix = data.corr()
sns.heatmap(correlation_matrix, annot=True, cmap='coolwarm', linewidths=0.5)
plt.title('Correlation Matrix of Diabetes Features')
plt.show()

四、可视化数据分析结论

  通过上述可视化分析，我们可以得出以下一些初步结论：

• 血糖水平（Glucose）与糖尿病结果之间存在显著的正相关关系，即血糖水平越高，患糖尿病的风险越大。
• 血压（BloodPressure）和体重指数（BMI）也与糖尿病结果有一定的相关性，但不如血糖水平显著。
• 年龄（Age）分布显示，患有糖尿病的人群中，中老年人占比较大。

五、训练数据集制做

  首先，我们需要加载并准备数据。这里我们使用pandas库来处理数据，并使用scikit-learn库来划分数据集和进行预处理，这里可以结合上面可视化的结果来做一些特征工程，这里将不做处理，读者感兴趣可以自己进行相应的特征工程。

# 划分特征和标签
X = data.drop("Outcome", axis=1)
y = data["Outcome"]
 
# 划分训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)
 
# 特征缩放
scaler = StandardScaler()
X_train = scaler.fit_transform(X_train)
X_test = scaler.transform(X_test)

六、模型训练

  接下来，我们将使用XGBoost算法来训练模型。

# 初始化XGBoost分类器
model = XGBClassifier(use_label_encoder=False, eval_metric='logloss')
 
# 训练模型
model.fit(X_train, y_train)

七、模型预测与评估

  训练完成后，我们可以使用测试集来评估模型的性能。

# 进行预测
y_pred = model.predict(X_test)
 
# 计算准确率
accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred)
print(f"Accuracy: {accuracy:.2f}")
 
# 打印混淆矩阵和分类报告
conf_matrix = confusion_matrix(y_test, y_pred)
class_report = classification_report(y_test, y_pred)
 
print("Confusion Matrix:")
print(conf_matrix)
 
print("\nClassification Report:")
print(class_report)

八、特征重要度分析

  为了更好地理解数据，我们可以使用一些可视化工具来展示特征的重要性。

# 获取特征重要性
feature_importances = model.feature_importances_
feature_names = X.columns
 
# 创建DataFrame来存储特征重要性
importance_df = pd.DataFrame({
    'Feature': feature_names,
    'Importance': feature_importances
}).sort_values(by='Importance', ascending=False)
 
# 可视化特征重要性
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.barplot(x='Importance', y='Feature', data=importance_df)
plt.title('Feature Importance')
plt.show()

  通过特征重要度的分析，可以发现Glucose（血糖水平）和是否发生糖尿病的相关性最高；

九、结论

  通过本文，我们使用了XGBoost算法对糖尿病数据集进行了分析和预测。我们利用了一系列与糖尿病相关的特征，并通过可视化工具展示了特征的重要性。实验结果表明，我们的模型在测试集上取得了不错的准确率。然而，需要注意的是，这只是一个简单的示例，实际应用中可能需要更多的数据预处理、特征工程和模型调优来提高模型的性能。