Python机器学习入门(三)数据准备

目录

• 1.数据预处理
• 1.1调整数据尺度
• 1.2正态化数据
• 1.3标准化数据
• 1.4二值数据
• 2.数据特征选定
• 2.1单变量特征选定
• 2.2递归特征消除
• 2.3数据降维
• 2.4特征重要性
• 总结

特征选择时困难耗时的，也需要对需求的理解和专业知识的掌握。在机器学习的应用开发中，最基础的是特征工程。

——吴恩达

1.数据预处理

数据预处理需要根据数据本身的特性进行，有缺失的要填补，有无效的要剔除，有冗余维的要删除，这些步骤都和数据本身的特性紧密相关。

1.1调整数据尺度

如果数据的各个属性按照不同的方式度量数据，那么通过调整数据的尺度让所有属性按照相同的尺度来度量，就会给机器学习的算法模型训练带来极大的方便。

在scikit-learn中，可以通过Min Max Scalar类来调整数据尺度。将不同计量单位的数据统一成相同的尺度，利于对事物的分类或分组。Min Max Scalar其实是将属性缩放到一个指定范围，或者对数据进行标准化并将数据都聚集到0附近，方差为1。

from numpy import set_printoptions
from pandas import read_csv
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler

filename = 'pima_data.csv'
names = ['preg','plas','pres','skin','test','mass','pedi','age','class']
data = read_csv(filename,names = names)

#将数据分为输入数据和输出结果
array = data.values
X = array[:,0:8]
#X相当于所有数据
Y = array[:,8]
#Y为最后的class,即结果
transformer = MinMaxScaler(feature_range=(0,1)).fit(X)
#数据转化
newX = transformer.fit_transform(X)
#设定数据的打印格式
set_printoptions(precision=3)
#设置精度
print(newX)

[[0.353 0.744 0.59  ... 0.501 0.234 0.483]
 [0.059 0.427 0.541 ... 0.396 0.117 0.167]
 [0.471 0.92  0.525 ... 0.347 0.254 0.183]
 ...
 [0.294 0.608 0.59  ... 0.39  0.071 0.15 ]
 [0.059 0.633 0.492 ... 0.449 0.116 0.433]
 [0.059 0.467 0.574 ... 0.453 0.101 0.033]]

1.2正态化数据

正态化数据是有效的处理符合高斯分布数据的手段，输出结果以0为中位数，方差为1。使用scikit-learn提供的Standard Scalar类来进行正态化处理。

transformer = StandardScaler().fit(X)
#数据转换
_newX = transformer.transform(X)
#设定数据打印格式
set_printoptions(precision=3)
#设置精度
#print(_newX)

[[ 0.64   0.848  0.15  ...  0.204  0.468  1.426]
 [-0.845 -1.123 -0.161 ... -0.684 -0.365 -0.191]
 [ 1.234  1.944 -0.264 ... -1.103  0.604 -0.106]
 ...
 [ 0.343  0.003  0.15  ... -0.735 -0.685 -0.276]
 [-0.845  0.16  -0.471 ... -0.24  -0.371  1.171]
 [-0.845 -0.873  0.046 ... -0.202 -0.474 -0.871]]

1.3标准化数据

标准化数据是将每一行数据距离处理成1（在线性代数中矢量距离为1），又叫“归一元”处理，适合处理稀疏数据（具有很多为0的数据），归一元处理的数据对使用权重输入的神经网络和使用距离的K近邻算法的准确度的提升有显著作用。

使用scikit-learn中的Normalizer类实现。

transformer = Normalizer().fit(X)
#数据转换
__newX = transformer.transform(X)
#设置数据打印格式
set_printoptions(precision=3)
print(__newX)

[[0.034 0.828 0.403 ... 0.188 0.004 0.28 ]
 [0.008 0.716 0.556 ... 0.224 0.003 0.261]
 [0.04  0.924 0.323 ... 0.118 0.003 0.162]
 ...
 [0.027 0.651 0.388 ... 0.141 0.001 0.161]
 [0.007 0.838 0.399 ... 0.2   0.002 0.313]
 [0.008 0.736 0.554 ... 0.241 0.002 0.182]]

1.4二值数据

二值数据是使用值将数据转化为二值，大于阈值设置为1，小于阈值设置为0。

使用scikit-learn中的Binarizer类实现。

transformer = Binarizer(threshold=0.0).fit(X)
#数据转换
newX_ = transformer.transform(X)
#设置数据打印格式
set_printoptions(precision=3)
print(newX_)

[[1. 1. 1. ... 1. 1. 1.]
 [1. 1. 1. ... 1. 1. 1.]
 [1. 1. 1. ... 1. 1. 1.]
 ...
 [1. 1. 1. ... 1. 1. 1.]
 [1. 1. 1. ... 1. 1. 1.]
 [1. 1. 1. ... 1. 1. 1.]]

2.数据特征选定

在开始建立模型之前，执行特征选定有助于：降低数据的拟合度，提高算法精度，减少训练时间。

2.1单变量特征选定

统计分析可以用来分析选择对结果影响最大的数据特征。在scikit-learn中通过SelectKBest类来实现，使用一系列统计方法来选定数据特征，也是对卡方检验的实现。

卡方值越大，实际观测值与理论推断值之间越不符合；卡方值越小，实际观测值与理论推断值之间越符合；若两个值完全相等，卡方值为0。

from pandas import read_csv
from numpy import set_printoptions
from sklearn.feature_selection import chi2
from sklearn.feature_selection import SelectKBest
from sklearn.feature_selection import RFE
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.decomposition import PCA
from sklearn.ensemble import ExtraTreesClassifier

filename = 'pima_data.csv'
names = ['preg', 'plas', 'pres', 'skin', 'test', 'mass', 'pedi', 'age', 'class']
data = read_csv(filename, names=names)
array = data.values
X = array[:,0:8]
Y = array[:,8]

#通过卡方检验选定数据特征
#特征选定
test = SelectKBest(score_func=chi2,k=4)
fit = test.fit(X,Y)
set_printoptions(precision=3)
print(fit.scores_)
features = fit.transform(X)
print(features)

执行后得到了卡方检验对每一个数据特征的评分，以及得分最高的四个数据特征。

[ 111.52  1411.887   17.605   53.108 2175.565  127.669    5.393  181.304]
[[148.    0.   33.6  50. ]
 [ 85.    0.   26.6  31. ]
 [183.    0.   23.3  32. ]
 ...
 [121.  112.   26.2  30. ]
 [126.    0.   30.1  47. ]
 [ 93.    0.   30.4  23. ]]

2.2递归特征消除

递归特征消除（RFE）使用一个及模型来进行多轮训练，每轮训练后消除若干权值系数的特征，再基于新的特征集进行下一轮训练。通过每一个基模型的精度，找到对最终预测结果影响最大的数据特征。

#递归特征消除
#特征选定
model = LogisticRegression(max_iter=3000)#需要手动设置最大迭代次数
rfe = RFE(model,3)
fit = rfe.fit(X,Y)
print("特征个数：")
print(fit.n_features_)
print("被选定的特征：")
print(fit.support_)
print("特征排名：")
print(fit.ranking_)

特征个数：
3
被选定的特征：
[ True False False False False  True  True False]
特征排名：
[1 2 4 6 5 1 1 3]

2.3数据降维

常见降维方法有PCA（主要成分分析）和LDA（线性判别分析）。在聚类算法中，通常会用PCA对数据进行降维处理，以利于对数据的简化分析和可视化。

#主要成分分析(数据降维)
#通过主要成分分析选定数据特征
pca = PCA(n_components=3)
fit = pca.fit(X)
print("解释方差：%s"% fit.explained_variance_ratio_)
print(fit.components_)

解释方差：[0.889 0.062 0.026]
[[-2.022e-03  9.781e-02  1.609e-02  6.076e-02  9.931e-01  1.401e-02
   5.372e-04 -3.565e-03]
 [-2.265e-02 -9.722e-01 -1.419e-01  5.786e-02  9.463e-02 -4.697e-02
  -8.168e-04 -1.402e-01]
 [-2.246e-02  1.434e-01 -9.225e-01 -3.070e-01  2.098e-02 -1.324e-01
  -6.400e-04 -1.255e-01]]

2.4特征重要性

使用袋装决策树算法、随机森林算法和极端随机树算法可以计算数据特征的重要性。

#特征重要性
#特征选定
model = ExtraTreesClassifier()
fit = model.fit(X,Y)
print(fit.feature_importances_)

[0.109 0.234 0.101 0.077 0.076 0.14  0.121 0.142]

总结

本文主要讲了机器学习中的数据准备工作，包括数据预处理和数据特征选定，这些都是为了后序优化算法所做的准备工作。

到此这篇关于Python机器学习(三)数据准备的文章就介绍到这了,更多相关Python机器学习内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！