打卡Datawhale数据挖掘学习，数据挖掘之二手车交易价格预测，该内容来自 Datawhale与天池联合发起的“0基础入门系列”特征工程。https://tianchi.aliyun.com/competition/entrance/231784/introduction
目标
对于特征进行进一步分析，并对于数据进行处理，完成对于特征工程的分析，并对于数据进行一些图表或者文字总结。将数据转换为能更好表示潜在问题的特征，从而更好提高机器学习的性能。
内容
常见的特征工程包括：
- 异常处理：
- 特征归一化/标准化：
- 数据分桶：
- 缺失值处理：
- 特征构造：
- 特征筛选
- 降维
#导入数据
import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
from operator import itemgetter
#%matplotlib inline
path = './data/'
train = pd.read_csv(path+'train.csv', sep=' ')
test = pd.read_csv(path+'testA.csv', sep=' ')
print(train.shape)
print(test.shape)
#查看数据
train.head()
train.columns
test.columns
# 删除异常值
# 这里我包装了一个异常值处理的代码，可以随便调用。
def outliers_proc(data, col_name, scale=3):
"""
用于清洗异常值，默认用 box_plot（scale=3）进行清洗
:param data: 接收 pandas 数据格式
:param col_name: pandas 列名
:param scale: 尺度
:return:
"""
def box_plot_outliers(data_ser, box_scale):
"""
利用箱线图去除异常值
:param data_ser: 接收 pandas.Series 数据格式
:param box_scale: 箱线图尺度，
:return:
"""
iqr = box_scale * (data_ser.quantile(0.75) - data_ser.quantile(0.25))
val_low = data_ser.quantile(0.25) - iqr
val_up = data_ser.quantile(0.75) + iqr
rule_low = (data_ser < val_low)
rule_up = (data_ser > val_up)
return (rule_low, rule_up), (val_low, val_up)
data_n = data.copy()
data_series = data_n[col_name]
rule, value = box_plot_outliers(data_series, box_scale=scale)
index = np.arange(data_series.shape[0])[rule[0] | rule[1]]
print("Delete number is: {}".format(len(index)))
data_n = data_n.drop(index)
data_n.reset_index(drop=True, inplace=True)
print("Now column number is: {}".format(data_n.shape[0]))
index_low = np.arange(data_series.shape[0])[rule[0]]
outliers = data_series.iloc[index_low]
print("Description of data less than the lower bound is:")
print(pd.Series(outliers).describe())
index_up = np.arange(data_series.shape[0])[rule[1]]
outliers = data_series.iloc[index_up]
print("Description of data larger than the upper bound is:")
print(pd.Series(outliers).describe())
fig, ax = plt.subplots(1, 2, figsize=(10, 7))
sns.boxplot(y=data[col_name], data=data, palette="Set1", ax=ax[0])
sns.boxplot(y=data_n[col_name], data=data_n, palette="Set1", ax=ax[1])
return data_n
# 我们可以删掉一些异常数据，以 power 为例。
# 这里删不删同学可以自行判断
# 但是要注意 test 的数据不能删 = = 不能掩耳盗铃是不是
train = outliers_proc(train, 'power', scale=3)
plt.show()
# 特征构造
# 训练集和测试集放在一起，方便构造特征
train['train']=1
test['train']=0
data = pd.concat([train, test], ignore_index=True, sort=False)
# 使用时间：data['creatDate'] - data['regDate']，反应汽车使用时间，一般来说价格与使用时间成反比
# 不过要注意，数据里有时间出错的格式，所以我们需要 errors='coerce'
data['used_time'] = (pd.to_datetime(data['creatDate'], format='%Y%m%d', errors='coerce') -
pd.to_datetime(data['regDate'], format='%Y%m%d', errors='coerce')).dt.days
# 看一下空数据，有 15k 个样本的时间是有问题的，我们可以选择删除，也可以选择放着。
# 但是这里不建议删除，因为删除缺失数据占总样本量过大，7.5%
# 我们可以先放着，因为如果我们 XGBoost 之类的决策树，其本身就能处理缺失值，所以可以不用管；
data['used_time'].isnull().sum()
# 从邮编中提取城市信息，因为是德国的数据，所以参考德国的邮编，相当于加入了先验知识
data['city'] = data['regionCode'].apply(lambda x : str(x)[:-3])
# 计算某品牌的销售统计量，同学们还可以计算其他特征的统计量
# 这里要以 train 的数据计算统计量
train_gb = train.groupby("brand")
all_info = {}
for kind, kind_data in train_gb:
info = {}
kind_data = kind_data[kind_data['price'] > 0]
info['brand_amount'] = len(kind_data)
info['brand_price_max'] = kind_data.price.max()
info['brand_price_median'] = kind_data.price.median()
info['brand_price_min'] = kind_data.price.min()
info['brand_price_sum'] = kind_data.price.sum()
info['brand_price_std'] = kind_data.price.std()
info['brand_price_average'] = round(kind_data.price.sum() / (len(kind_data) + 1), 2)
all_info[kind] = info
brand_fe = pd.DataFrame(all_info).T.reset_index().rename(columns={"index": "brand"})
data = data.merge(brand_fe, how='left', on='brand')
# 数据分桶 以 power 为例
# 这时候我们的缺失值也进桶了，
# 为什么要做数据分桶呢，原因有很多，= =
# 1. 离散后稀疏向量内积乘法运算速度更快，计算结果也方便存储，容易扩展；
# 2. 离散后的特征对异常值更具鲁棒性，如 age>30 为 1 否则为 0，对于年龄为 200 的也不会对模型造成很大的干扰；
# 3. LR 属于广义线性模型，表达能力有限，经过离散化后，每个变量有单独的权重，这相当于引入了非线性，能够提升模型的表达能力，加大拟合；
# 4. 离散后特征可以进行特征交叉，提升表达能力，由 M+N 个变量编程 M*N 个变量，进一步引入非线形，提升了表达能力；
# 5. 特征离散后模型更稳定，如用户年龄区间，不会因为用户年龄长了一岁就变化
# 当然还有很多原因，LightGBM 在改进 XGBoost 时就增加了数据分桶，增强了模型的泛化性
bin = [i*10 for i in range(31)]
data['power_bin'] = pd.cut(data['power'], bin, labels=False)
data[['power_bin', 'power']].head()
# 利用好了，就可以删掉原始数据了
data = data.drop(['creatDate', 'regDate', 'regionCode'], axis=1)
print(data.shape)
data.columns
# 目前的数据其实已经可以给树模型使用了，所以我们导出一下
data.to_csv('data_for_tree.csv', index=0)
# 我们可以再构造一份特征给 LR NN 之类的模型用
# 之所以分开构造是因为，不同模型对数据集的要求不同
# 我们看下数据分布：
data['power'].plot.hist()
# 我们刚刚已经对 train 进行异常值处理了，但是现在还有这么奇怪的分布是因为 test 中的 power 异常值，
# 所以我们其实刚刚 train 中的 power 异常值不删为好，可以用长尾分布截断来代替
train['power'].plot.hist()
# 我们对其取 log，在做归一化
from sklearn import preprocessing
min_max_scaler = preprocessing.MinMaxScaler()
data['power'] = np.log(data['power'] + 1)
data['power'] = ((data['power'] - np.min(data['power'])) / (np.max(data['power']) - np.min(data['power'])))
data['power'].plot.hist()
# km 的比较正常，应该是已经做过分桶了
data['kilometer'].plot.hist()
# 所以我们可以直接做归一化
data['kilometer'] = ((data['kilometer'] - np.min(data['kilometer'])) /
(np.max(data['kilometer']) - np.min(data['kilometer'])))
data['kilometer'].plot.hist()
# 除此之外 还有我们刚刚构造的统计量特征：
# 'brand_amount', 'brand_price_average', 'brand_price_max',
# 'brand_price_median', 'brand_price_min', 'brand_price_std',
# 'brand_price_sum'
# 这里不再一一举例分析了，直接做变换，
def max_min(x):
return (x - np.min(x)) / (np.max(x) - np.min(x))
data['brand_amount'] = ((data['brand_amount'] - np.min(data['brand_amount'])) /
(np.max(data['brand_amount']) - np.min(data['brand_amount'])))
data['brand_price_average'] = ((data['brand_price_average'] - np.min(data['brand_price_average'])) /
(np.max(data['brand_price_average']) - np.min(data['brand_price_average'])))
data['brand_price_max'] = ((data['brand_price_max'] - np.min(data['brand_price_max'])) /
(np.max(data['brand_price_max']) - np.min(data['brand_price_max'])))
data['brand_price_median'] = ((data['brand_price_median'] - np.min(data['brand_price_median'])) /
(np.max(data['brand_price_median']) - np.min(data['brand_price_median'])))
data['brand_price_min'] = ((data['brand_price_min'] - np.min(data['brand_price_min'])) /
(np.max(data['brand_price_min']) - np.min(data['brand_price_min'])))
data['brand_price_std'] = ((data['brand_price_std'] - np.min(data['brand_price_std'])) /
(np.max(data['brand_price_std']) - np.min(data['brand_price_std'])))
data['brand_price_sum'] = ((data['brand_price_sum'] - np.min(data['brand_price_sum'])) /
(np.max(data['brand_price_sum']) - np.min(data['brand_price_sum'])))
# 对类别特征进行 OneEncoder
data = pd.get_dummies(data, columns=['model', 'brand', 'bodyType', 'fuelType',
'gearbox', 'notRepairedDamage', 'power_bin'])
print(data.shape)
data.columns
# 这份数据可以给 LR 用
data.to_csv('data_for_lr.csv', index=0)
#特征筛选
#过滤式
# 相关性分析
print(data['power'].corr(data['price'], method='spearman'))
print(data['kilometer'].corr(data['price'], method='spearman'))
print(data['brand_amount'].corr(data['price'], method='spearman'))
print(data['brand_price_average'].corr(data['price'], method='spearman'))
print(data['brand_price_max'].corr(data['price'], method='spearman'))
print(data['brand_price_median'].corr(data['price'], method='spearman'))
# 当然也可以直接看图
data_numeric = data[['power', 'kilometer', 'brand_amount', 'brand_price_average',
'brand_price_max', 'brand_price_median']]
correlation = data_numeric.corr()
f , ax = plt.subplots(figsize = (7, 7))
plt.title('Correlation of Numeric Features with Price',y=1,size=16)
sns.heatmap(correlation,square = True, vmax=0.8)
plt.grid()
plt.show()
包裹式运行数据优点问题，后续再补上。嵌入式，大部分情况下都是用嵌入式做特征筛选。
经验
通过对特征工程的学习，基本知道这么一回事。
特征工程的意义是将数据转换为能更好地表示潜在问题的特征，从而提高机器学习的性能。当然特征工程其实是和模型结合在一起的，这就是为什么要为 LR NN 做分桶和特征归一化的原因，而对于特征的处理效果和特征重要性等往往要通过模型来验证。
总结一下特征工程的过程：
读取数据-->处理异常值（包括替换，删除）-->特征处理（归一化，标准化）-->数据分桶--> 缺失值处理-->特征构造，特征筛选-->降维（这个后续补充）