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    【機(jī)器學(xué)習(xí)】一文帶你用 sklearn 做特征工程

    共 8947字,需瀏覽 18分鐘

     ·

    2022-02-23 12:25

    關(guān)注"Python學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘"

    設(shè)為“置頂或星標(biāo)”,第一時(shí)間送達(dá)干貨

    資料專欄

    李航老師《統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法(第二版)》課件&代碼

    【視頻+PPT】李宏毅老師機(jī)器學(xué)習(xí)40講

    使用sklearn做特征工程

    特征工程是什么?

    有這么一句話在業(yè)界廣泛流傳:數(shù)據(jù)和特征決定了機(jī)器學(xué)習(xí)的上限,而模型和算法只是逼近這個(gè)上限而已。那特征工程到底是什么呢?顧名思義,其本質(zhì)是一項(xiàng)工程活動(dòng),目的是最大限度地從原始數(shù)據(jù)中提取特征以供算法和模型使用。通過(guò)總結(jié)和歸納,人們認(rèn)為特征工程包括以下方面:

    特征處理是特征工程的核心部分,sklearn提供了較為完整的特征處理方法,包括數(shù)據(jù)預(yù)處理,特征選擇,降維等。首次接觸到sklearn,通常會(huì)被其豐富且方便的算法模型庫(kù)吸引,但是這里介紹的特征處理庫(kù)也十分強(qiáng)大!

    本文中使用sklearn中的IRIS(鳶尾花)數(shù)據(jù)集[1]來(lái)對(duì)特征處理功能進(jìn)行說(shuō)明。IRIS數(shù)據(jù)集由Fisher在1936年整理,包含4個(gè)特征(Sepal.Length(花萼長(zhǎng)度)、Sepal.Width(花萼寬度)、Petal.Length(花瓣長(zhǎng)度)、Petal.Width(花瓣寬度)),特征值都為正浮點(diǎn)數(shù),單位為厘米。目標(biāo)值為鳶尾花的分類(Iris Setosa(山鳶尾)、Iris Versicolour(雜色鳶尾),Iris Virginica(維吉尼亞鳶尾))。導(dǎo)入IRIS數(shù)據(jù)集的代碼如下:

    ?1?from?sklearn.datasets?import?load\_iris?
    ?2?
    ?3?#導(dǎo)入IRIS數(shù)據(jù)集
    ?4?iris?=?load\_iris\(\)?
    ?5?
    ?6?#特征矩陣
    ?7?iris.data
    ?8?
    ?9?#目標(biāo)向量
    10?iris.target

    數(shù)據(jù)預(yù)處理

    通過(guò)特征提取,我們能得到未經(jīng)處理的特征,這時(shí)的特征可能有以下問(wèn)題:

    • 不屬于同一量綱:

    即特征的規(guī)格不一樣,不能夠放在一起比較。無(wú)量綱化可以解決這一問(wèn)題。

    • 信息冗余:

    對(duì)于某些定量特征,其包含的有效信息為區(qū)間劃分,例如學(xué)習(xí)成績(jī),假若只關(guān)心“及格”或不“及格”,那么需要將定量的考分,轉(zhuǎn)換成“1”和“0”表示及格和未及格。二值化可以解決這一問(wèn)題。

    • 定性特征不能直接使用:

    某些機(jī)器學(xué)習(xí)算法和模型只能接受定量特征的輸入,那么需要將定性特征轉(zhuǎn)換為定量特征。最簡(jiǎn)單的方式是為每一種定性值指定一個(gè)定量值,但是這種方式過(guò)于靈活,增加了調(diào)參的工作。通常使用啞編碼的方式將定性特征轉(zhuǎn)換為定量特征[2]:假設(shè)有N種定性值,則將這一個(gè)特征擴(kuò)展為N種特征,當(dāng)原始特征值為第i種定性值時(shí),第i個(gè)擴(kuò)展特征賦值為1,其他擴(kuò)展特征賦值為0。啞編碼的方式相比直接指定的方式,不用增加調(diào)參的工作,對(duì)于線性模型來(lái)說(shuō),使用啞編碼后的特征可達(dá)到非線性的效果。

    • 存在缺失值:

    缺失值需要補(bǔ)充。

    • 信息利用率低:

    不同的機(jī)器學(xué)習(xí)算法和模型對(duì)數(shù)據(jù)中信息的利用是不同的,之前提到在線性模型中,使用對(duì)定性特征啞編碼可以達(dá)到非線性的效果。類似地,對(duì)定量變量多項(xiàng)式化,或者進(jìn)行其他的轉(zhuǎn)換,都能達(dá)到非線性的效果。

    我們使用sklearn中的preproccessing庫(kù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,可以覆蓋以上問(wèn)題的解決方案。

    2.1 無(wú)量綱化

    無(wú)量綱化使不同規(guī)格的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一規(guī)格。常見(jiàn)的無(wú)量綱化方法有標(biāo)準(zhǔn)化和區(qū)間縮放法。標(biāo)準(zhǔn)化的前提是特征值服從正態(tài)分布,標(biāo)準(zhǔn)化后,其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。區(qū)間縮放法利用了邊界值信息,將特征的取值區(qū)間縮放到某個(gè)特點(diǎn)的范圍,例如[0, 1]等。

    2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)化

    標(biāo)準(zhǔn)化需要計(jì)算特征的均值和標(biāo)準(zhǔn)差,公式表達(dá)為:


    使用preproccessing庫(kù)的StandardScaler類對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的代碼如下:

    1?from?sklearn.preprocessing?import?StandardScaler?
    2?
    3?#標(biāo)準(zhǔn)化,返回值為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)
    4?StandardScaler\(\).fit\_transform\(iris.data\)

    2.1.2 區(qū)間縮放法

    區(qū)間縮放法的思路有多種,常見(jiàn)的一種為利用兩個(gè)最值進(jìn)行縮放,公式表達(dá)為:


    使用preproccessing庫(kù)的MinMaxScaler類對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)間縮放的代碼如下:

    1?from?sklearn.preprocessing?import?MinMaxScaler?
    2?
    3?#區(qū)間縮放,返回值為縮放到\[0,?1\]區(qū)間的數(shù)據(jù)
    4?MinMaxScaler\(\).fit\_transform\(iris.data\)

    2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)化與歸一化的區(qū)別

    簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),標(biāo)準(zhǔn)化是依照特征矩陣的列處理數(shù)據(jù),其通過(guò)求z-score的方法,將樣本的特征值轉(zhuǎn)換到同一量綱下。歸一化是依照特征矩陣的行處理數(shù)據(jù),其目的在于樣本向量在點(diǎn)乘運(yùn)算或其他核函數(shù)計(jì)算相似性時(shí),擁有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),也就是說(shuō)都轉(zhuǎn)化為“單位向量”。規(guī)則為l2的歸一化公式如下:


    使用preproccessing庫(kù)的Normalizer類對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化的代碼如下:

    1?from?sklearn.preprocessing?import?Normalizer?
    2?
    3?#歸一化,返回值為歸一化后的數(shù)據(jù)
    4?Normalizer\(\).fit\_transform\(iris.data\)

    2.2 對(duì)定量特征二值化

    定量特征二值化的核心在于設(shè)定一個(gè)閾值,大于閾值的賦值為1,小于等于閾值的賦值為0,公式表達(dá)如下:



    使用preproccessing庫(kù)的Binarizer類對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化的代碼如下:

    1?from?sklearn.preprocessing?import?Binarizer?
    2?
    3?#二值化,閾值設(shè)置為3,返回值為二值化后的數(shù)據(jù)
    4?Binarizer\(threshold=3\).fit\_transform\(iris.data\)

    2.3 對(duì)定性特征啞編碼

    由于IRIS數(shù)據(jù)集的特征皆為定量特征,故使用其目標(biāo)值進(jìn)行啞編碼(實(shí)際上是不需要的)。使用preproccessing庫(kù)的OneHotEncoder類對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行啞編碼的代碼如下:

    1?from?sklearn.preprocessing?import?OneHotEncoder?
    2?
    3?#啞編碼,對(duì)IRIS數(shù)據(jù)集的目標(biāo)值,返回值為啞編碼后的數(shù)據(jù)
    4?OneHotEncoder\(\).fit\_transform\(iris.target.reshape\(\(-1,1\)\)\)

    2.4 缺失值計(jì)算

    由于IRIS數(shù)據(jù)集沒(méi)有缺失值,故對(duì)數(shù)據(jù)集新增一個(gè)樣本,4個(gè)特征均賦值為NaN,表示數(shù)據(jù)缺失。使用preproccessing庫(kù)的Imputer類對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行缺失值計(jì)算的代碼如下:

    1?from?numpy?import?vstack,?array,?nan?2?from?sklearn.preprocessing?import?Imputer?
    3?
    4?#缺失值計(jì)算,返回值為計(jì)算缺失值后的數(shù)據(jù)
    5?#參數(shù)missing\_value為缺失值的表示形式,默認(rèn)為NaN
    6?#參數(shù)strategy為缺失值填充方式,默認(rèn)為mean(均值)
    7?Imputer\(\).fit\_transform\(vstack\(\(array\(\[nan,?nan,?nan,?nan\]\),?iris.data\)\)\)

    2.5 數(shù)據(jù)變換

    常見(jiàn)的數(shù)據(jù)變換有基于多項(xiàng)式的、基于指數(shù)函數(shù)的、基于對(duì)數(shù)函數(shù)的。4個(gè)特征,度為2的多項(xiàng)式轉(zhuǎn)換公式如下:





    使用preproccessing庫(kù)的PolynomialFeatures類對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式轉(zhuǎn)換的代碼如下:

    1?from?sklearn.preprocessing?import?PolynomialFeatures?
    2?
    3?#多項(xiàng)式轉(zhuǎn)換
    4?#參數(shù)degree為度,默認(rèn)值為2
    5?PolynomialFeatures\(\).fit\_transform\(iris.data\)

    基于單變?cè)瘮?shù)的數(shù)據(jù)變換可以使用一個(gè)統(tǒng)一的方式完成,使用preproccessing庫(kù)的FunctionTransformer對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)函數(shù)轉(zhuǎn)換的代碼如下:

    1?from?numpy?import?log1p?2?from?sklearn.preprocessing?import?FunctionTransformer?3?
    4?#自定義轉(zhuǎn)換函數(shù)為對(duì)數(shù)函數(shù)的數(shù)據(jù)變換
    5?#第一個(gè)參數(shù)是單變?cè)瘮?shù)
    6?FunctionTransformer\(log1p\).fit\_transform\(iris.data\)

    2.6 回顧

    功能說(shuō)明
    StandardScaler無(wú)量綱化標(biāo)準(zhǔn)化,基于特征矩陣的列,將特征值轉(zhuǎn)換至服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布
    MinMaxScaler無(wú)量綱化區(qū)間縮放,基于最大最小值,將特征值轉(zhuǎn)換到[0, 1]區(qū)間上
    Normalizer歸一化基于特征矩陣的行,將樣本向量轉(zhuǎn)換為“單位向量”
    Binarizer二值化基于給定閾值,將定量特征按閾值劃分
    OneHotEncoder啞編碼將定性數(shù)據(jù)編碼為定量數(shù)據(jù)
    Imputer缺失值計(jì)算計(jì)算缺失值,缺失值可填充為均值等
    PolynomialFeatures多項(xiàng)式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換多項(xiàng)式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
    FunctionTransformer自定義單元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換使用單變?cè)暮瘮?shù)來(lái)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

    ?

    特征選擇

    當(dāng)數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后,我們需要選擇有意義的特征輸入機(jī)器學(xué)習(xí)的算法和模型進(jìn)行訓(xùn)練。通常來(lái)說(shuō),從兩個(gè)方面考慮來(lái)選擇特征:

    • 特征是否發(fā)散:
      如果一個(gè)特征不發(fā)散,例如方差接近于0,也就是說(shuō)樣本在這個(gè)特征上基本上沒(méi)有差異,這個(gè)特征對(duì)于樣本的區(qū)分并沒(méi)有什么用。

    • 特征與目標(biāo)的相關(guān)性:
      這點(diǎn)比較顯見(jiàn),與目標(biāo)相關(guān)性高的特征,應(yīng)當(dāng)優(yōu)選選擇。除方差法外,本文介紹的其他方法均從相關(guān)性考慮。

    根據(jù)特征選擇的形式又可以將特征選擇方法分為3種:

    • Filter:過(guò)濾法,按照發(fā)散性或者相關(guān)性對(duì)各個(gè)特征進(jìn)行評(píng)分,設(shè)定閾值或者待選擇閾值的個(gè)數(shù),選擇特征。
    • Wrapper:包裝法,根據(jù)目標(biāo)函數(shù)(通常是預(yù)測(cè)效果評(píng)分),每次選擇若干特征,或者排除若干特征。
    • Embedded:嵌入法,先使用某些機(jī)器學(xué)習(xí)的算法和模型進(jìn)行訓(xùn)練,得到各個(gè)特征的權(quán)值系數(shù),根據(jù)系數(shù)從大到小選擇特征。類似于Filter方法,但是是通過(guò)訓(xùn)練來(lái)確定特征的優(yōu)劣。

    我們使用sklearn中的feature_selection庫(kù)來(lái)進(jìn)行特征選擇。

    3.1 Filter

    3.1.1 方差選擇法

    使用方差選擇法,先要計(jì)算各個(gè)特征的方差,然后根據(jù)閾值,選擇方差大于閾值的特征。使用feature_selection庫(kù)的VarianceThreshold類來(lái)選擇特征的代碼如下:

    1?from?sklearn.feature\_selection?import?VarianceThreshold?
    2?
    3?#方差選擇法,返回值為特征選擇后的數(shù)據(jù)
    4?#參數(shù)threshold為方差的閾值
    5?VarianceThreshold\(threshold=3\).fit\_transform\(iris.data\)

    3.1.2 相關(guān)系數(shù)法

    使用相關(guān)系數(shù)法,先要計(jì)算各個(gè)特征對(duì)目標(biāo)值的相關(guān)系數(shù)以及相關(guān)系數(shù)的P值。用feature_selection庫(kù)的SelectKBest類結(jié)合相關(guān)系數(shù)來(lái)選擇特征的代碼如下:

    1?from?sklearn.feature\_selection?import?SelectKBest?
    2?from?scipy.stats?import?pearsonr?
    3?
    4?#選擇K個(gè)最好的特征,返回選擇特征后的數(shù)據(jù)
    5?#第一個(gè)參數(shù)為計(jì)算評(píng)估特征是否好的函數(shù),該函數(shù)輸入特征矩陣和目標(biāo)向量,輸出二元組(評(píng)分,P值)的數(shù)組,數(shù)組第i項(xiàng)為第i個(gè)特征的評(píng)分和P值。在此定義為計(jì)算相關(guān)系數(shù)
    6?#參數(shù)k為選擇的特征個(gè)數(shù)
    7?SelectKBest\(lambda?X,?Y:?array\(map\(lambda?x:pearsonr\(x,?Y\),?X.T\)\).T,?k=2\).fit\_transform\(iris.data,?iris.target\)

    3.1.3 卡方檢驗(yàn)

    經(jīng)典的卡方檢驗(yàn)是檢驗(yàn)定性自變量對(duì)定性因變量的相關(guān)性。假設(shè)自變量有N種取值,因變量有M種取值,考慮自變量等于i且因變量等于j的樣本頻數(shù)的觀察值與期望的差距,構(gòu)建統(tǒng)計(jì)量:


    這個(gè)統(tǒng)計(jì)量的含義簡(jiǎn)而言之就是自變量對(duì)因變量的相關(guān)性。用feature_selection庫(kù)的SelectKBest類結(jié)合卡方檢驗(yàn)來(lái)選擇特征的代碼如下:

    1?from?sklearn.feature\_selection?import?SelectKBest?
    2?from?sklearn.feature\_selection?import?chi2?
    3?
    4?#選擇K個(gè)最好的特征,返回選擇特征后的數(shù)據(jù)
    5?SelectKBest\(chi2,?k=2\).fit\_transform\(iris.data,?iris.target\)

    3.1.4 互信息法

    經(jīng)典的互信息也是評(píng)價(jià)定性自變量對(duì)定性因變量的相關(guān)性的,互信息計(jì)算公式如下:



    為了處理定量數(shù)據(jù),最大信息系數(shù)法被提出,使用feature_selection庫(kù)的SelectKBest類結(jié)合最大信息系數(shù)法來(lái)選擇特征的代碼如下:

    ?1?from?sklearn.feature\_selection?import?SelectKBest?
    ?2?from?minepy?import?MINE?
    ?3?
    ?4?#由于MINE的設(shè)計(jì)不是函數(shù)式的,定義mic方法將其為函數(shù)式的,返回一個(gè)二元組,二元組的第2項(xiàng)設(shè)置成固定的P值0.5
    ?5?def?mic\(x,?y\):?
    ?6?????m?=?MINE\(\)?
    ?7?????m.compute\_score\(x,?y\)
    ?8?????return?\(m.mic\(\),?0.5\)
    ?9?
    10?#選擇K個(gè)最好的特征,返回特征選擇后的數(shù)據(jù)
    11?SelectKBest\(lambda?X,?Y:?array\(map\(lambda?x:mic\(x,?Y\),?X.T\)\).T,?k=2\).fit\_transform\(iris.data,?iris.target\)

    3.2 Wrapper

    3.2.1 遞歸特征消除法

    遞歸消除特征法使用一個(gè)基模型來(lái)進(jìn)行多輪訓(xùn)練,每輪訓(xùn)練后,消除若干權(quán)值系數(shù)的特征,再基于新的特征集進(jìn)行下一輪訓(xùn)練。使用feature_selection庫(kù)的RFE類來(lái)選擇特征的代碼如下:

    1?from?sklearn.feature\_selection?import?RFE?
    2?from?sklearn.linear\_model?import?LogisticRegression?
    3?
    4?#遞歸特征消除法,返回特征選擇后的數(shù)據(jù)
    5?#參數(shù)estimator為基模型
    6?#參數(shù)n\_features\_to\_select為選擇的特征個(gè)數(shù)
    7?RFE\(estimator=LogisticRegression\(\),?n\_features\_to\_select=2\).fit\_transform\(iris.data,?iris.target\)

    3.3 Embedded

    3.3.1 基于懲罰項(xiàng)的特征選擇法

    使用帶懲罰項(xiàng)的基模型,除了篩選出特征外,同時(shí)也進(jìn)行了降維。使用feature_selection庫(kù)的SelectFromModel類結(jié)合帶L1懲罰項(xiàng)的邏輯回歸模型,來(lái)選擇特征的代碼如下:

    1?from?sklearn.feature\_selection?import?SelectFromModel?
    2?from?sklearn.linear\_model?import?LogisticRegression?
    3?
    4?#帶L1懲罰項(xiàng)的邏輯回歸作為基模型的特征選擇
    5?SelectFromModel\(LogisticRegression\(penalty="l1",?C=0.1\)\).fit\_transform\(iris.data,?iris.target\)

    L1懲罰項(xiàng)降維的原理在于保留多個(gè)對(duì)目標(biāo)值具有同等相關(guān)性的特征中的一個(gè)[3],所以沒(méi)選到的特征不代表不重要。故,可結(jié)合L2懲罰項(xiàng)來(lái)優(yōu)化。具體操作為:若一個(gè)特征在L1中的權(quán)值為1,選擇在L2中權(quán)值差別不大且在L1中權(quán)值為0的特征構(gòu)成同類集合,將這一集合中的特征平分L1中的權(quán)值,故需要構(gòu)建一個(gè)新的邏輯回歸模型:

    ?1?from?sklearn.linear\_model?import?LogisticRegression?
    ?2?
    ?3?class?LR\(LogisticRegression\):?
    ?4?????def?\_\_init\_\_\(self,?threshold=0.01,?dual=False,?tol=1e-4,?C=1.0,
    ?5??????????????????fit\_intercept=True,?intercept\_scaling=1,?class\_weight=None,
    ?6??????????????????random\_state=None,?solver='liblinear',?max\_iter=100,
    ?7??????????????????multi\_class='ovr',?verbose=0,?warm\_start=False,?n\_jobs=1\)
    :

    ?8?
    ?9?????????#權(quán)值相近的閾值
    10?????????self.threshold?=?threshold?
    11?????????LogisticRegression.\_\_init\_\_\(self,?penalty='l1',?dual=dual,?tol=tol,?C=C,?
    12??????????????????fit\_intercept=fit\_intercept,?intercept\_scaling=intercept\_scaling,?class\_weight=class\_weight,?
    13??????????????????random\_state=random\_state,?solver=solver,?max\_iter=max\_iter,?
    14??????????????????multi\_class=multi\_class,?verbose=verbose,?warm\_start=warm\_start,?n\_jobs=n\_jobs\)?
    15?????????#使用同樣的參數(shù)創(chuàng)建L2邏輯回歸
    16?????????self.l2?=?LogisticRegression\(penalty='l2',?dual=dual,?tol=tol,?C=C,?fit\_intercept=fit\_intercept,?intercept\_scaling=intercept\_scaling,?class\_weight?=?class\_weight,?random\_state=random\_state,?solver=solver,?max\_iter=max\_iter,?multi\_class=multi\_class,?verbose=verbose,?warm\_start=warm\_start,?n\_jobs=n\_jobs\)?
    17?
    18?????def?fit\(self,?X,?y,?sample\_weight=None\):
    ?
    19?????????#訓(xùn)練L1邏輯回歸
    20?????????super\(LR,?self\).fit\(X,?y,?sample\_weight=sample\_weight\)?21?????????self.coef\_old\_?=?self.coef\_.copy\(\)?
    22?????????#訓(xùn)練L2邏輯回歸
    23?????????self.l2.fit\(X,?y,?sample\_weight=sample\_weight\)?
    24?
    25?????????cntOfRow,?cntOfCol?=?self.coef\_.shape?
    26?????????#權(quán)值系數(shù)矩陣的行數(shù)對(duì)應(yīng)目標(biāo)值的種類數(shù)目
    27?????????for?i?in?range\(cntOfRow\):?28?????????????for?j?in?range\(cntOfCol\):?
    29?????????????????coef?=?self.coef\_\[i\]\[j\]?
    30?????????????????#L1邏輯回歸的權(quán)值系數(shù)不為0
    31?????????????????if?coef?\!=?0:?
    32?????????????????????idx?=?\[j\]?
    33?????????????????????#對(duì)應(yīng)在L2邏輯回歸中的權(quán)值系數(shù)
    34?????????????????????coef1?=?self.l2.coef\_\[i\]\[j\]?
    35?????????????????????for?k?in?range\(cntOfCol\):?
    36?????????????????????????coef2?=?self.l2.coef\_\[i\]\[k\]?
    37?????????????????????????#在L2邏輯回歸中,權(quán)值系數(shù)之差小于設(shè)定的閾值,且在L1中對(duì)應(yīng)的權(quán)值為0
    38?????????????????????????if?abs\(coef1-coef2\)?\and?j?\!=?k?and?self.coef\_\[i\]\[k\]?==?0:?
    39?idx.append\(k\)?
    40?????????????????????#計(jì)算這一類特征的權(quán)值系數(shù)均值
    41?????????????????????mean?=?coef?/?len\(idx\)?
    42?????????????????????self.coef\_\[i\]\[idx\]?=?mean?
    43?????????return?self

    使用feature_selection庫(kù)的SelectFromModel類結(jié)合帶L1以及L2懲罰項(xiàng)的邏輯回歸模型,來(lái)選擇特征的代碼如下:

    1?from?sklearn.feature\_selection?import?SelectFromModel?
    2?
    3?#帶L1和L2懲罰項(xiàng)的邏輯回歸作為基模型的特征選擇
    4?#參數(shù)threshold為權(quán)值系數(shù)之差的閾值
    5?SelectFromModel\(LR\(threshold=0.5,?C=0.1\)\).fit\_transform\(iris.data,?iris.target\)

    3.3.2 基于樹(shù)模型的特征選擇法

    樹(shù)模型中GBDT也可用來(lái)作為基模型進(jìn)行特征選擇,使用feature_selection庫(kù)的SelectFromModel類結(jié)合GBDT模型,來(lái)選擇特征的代碼如下:

    1?from?sklearn.feature\_selection?import?SelectFromModel?2?from?sklearn.ensemble?import?GradientBoostingClassifier?3?
    4?#GBDT作為基模型的特征選擇
    5?SelectFromModel\(GradientBoostingClassifier\(\)\).fit\_transform\(iris.data,?iris.target\)

    3.4 回顧

    所屬方式說(shuō)明
    VarianceThresholdFilter方差選擇法
    SelectKBestFilter可選關(guān)聯(lián)系數(shù)、卡方校驗(yàn)、最大信息系數(shù)作為得分計(jì)算的方法
    RFEWrapper遞歸地訓(xùn)練基模型,將權(quán)值系數(shù)較小的特征從特征集合中消除
    SelectFromModelEmbedded訓(xùn)練基模型,選擇權(quán)值系數(shù)較高的特征

    ?

    降維

    當(dāng)特征選擇完成后,可以直接訓(xùn)練模型了,但是可能由于特征矩陣過(guò)大,導(dǎo)致計(jì)算量大,訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題,因此降低特征矩陣維度也是必不可少的。常見(jiàn)的降維方法除了以上提到的基于L1懲罰項(xiàng)的模型以外,另外還有主成分分析法(PCA)和線性判別分析(LDA),線性判別分析本身也是一個(gè)分類模型。PCA和LDA有很多的相似點(diǎn),其本質(zhì)是要將原始的樣本映射到維度更低的樣本空間中,但是PCA和LDA的映射目標(biāo)不一樣:PCA是為了讓映射后的樣本具有最大的發(fā)散性;而LDA是為了讓映射后的樣本有最好的分類性能[4]。所以說(shuō)PCA是一種無(wú)監(jiān)督的降維方法,而LDA是一種有監(jiān)督的降維方法。

    4.1 主成分分析法(PCA)

    使用decomposition庫(kù)的PCA類選擇特征的代碼如下:

    1?from?sklearn.decomposition?import?PCA?2?
    3?#主成分分析法,返回降維后的數(shù)據(jù)
    4?#參數(shù)n\_components為主成分?jǐn)?shù)目
    5?PCA\(n\_components=2\).fit\_transform\(iris.data\)

    4.2 線性判別分析法(LDA)

    使用lda庫(kù)的LDA類選擇特征的代碼如下:

    1?from?sklearn.lda?import?LDA?
    2?
    3?#線性判別分析法,返回降維后的數(shù)據(jù)
    4?#參數(shù)n\_components為降維后的維數(shù)
    5?LDA\(n\_components=2\).fit\_transform\(iris.data,?iris.target\)

    4.3 回顧

    庫(kù)說(shuō)明
    decompositionPCA主成分分析法
    ldaLDA線性判別分析法

    ?

    總結(jié)

    再讓我們回歸一下本文開(kāi)始的特征工程的思維導(dǎo)圖,我們可以使用sklearn完成幾乎所有特征處理的工作,而且不管是數(shù)據(jù)預(yù)處理,還是特征選擇,抑或降維,它們都是通過(guò)某個(gè)類的方法fit_transform完成的,fit_transform要不只帶一個(gè)參數(shù):特征矩陣,要不帶兩個(gè)參數(shù):特征矩陣加目標(biāo)向量。這些難道都是巧合嗎?還是故意設(shè)計(jì)成這樣?方法fit_transform中有fit這一單詞,它和訓(xùn)練模型的fit方法有關(guān)聯(lián)嗎?接下來(lái),我將在《使用sklearn優(yōu)雅地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘》[5]中闡述其中的奧妙!

    參考資料
    [1]?

    IRIS(鳶尾花)數(shù)據(jù)集:?http://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.datasets.load_iris.html#sklearn.datasets.load_iris

    [2]?

    通常使用啞編碼的方式將定性特征轉(zhuǎn)換為定量特征:?http://www.ats.ucla.edu/stat/mult_pkg/faq/general/dummy.htm

    [3]?

    L1懲罰項(xiàng)降維的原理在于保留多個(gè)對(duì)目標(biāo)值具有同等相關(guān)性的特征中的一個(gè):?http://www.zhihu.com/question/28641663/answer/41653367

    [4]?

    PCA是為了讓映射后的樣本具有最大的發(fā)散性;而LDA是為了讓映射后的樣本有最好的分類性能:?http://www.cnblogs.com/LeftNotEasy/archive/2011/01/08/lda-and-pca-machine-learning.html

    [5]?

    《使用sklearn優(yōu)雅地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘》:?http://www.cnblogs.com/jasonfreak/p/5448462.html

    [6]?

    FAQ: What is dummy coding?:?http://www.ats.ucla.edu/stat/mult_pkg/faq/general/dummy.htm

    [7]?

    IRIS(鳶尾花)數(shù)據(jù)集:?http://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.datasets.load_iris.html#sklearn.datasets.load_iris


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