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特征工程(1)-数据预处理标准化

bigdata admin 318次浏览 0个评论 扫描二维码

机器学习中特征工程的构造分析,以前在这方便还是没有去全面的了解,最近有一段磨刀的时间,还是从基础学习开始,理论结合代码推进

通过特征提取,我们能得到未经处理的特征,这时的特征可能有以下问题:

  • 不属于同一量纲,无量纲化处理:即特征的规格不一样,不能够放在一起比较。无量纲化可以解决这一问题。比如身高和年龄
  • 信息冗余:对于某些定量特征,其包含的有效信息为区间划分,例如学习成绩,假若只关心“及格”或不“及格”,那么需要将定量的考分,转换成“1”和“0”表示及格和未及格。二值化可以解决这一问题。
  • 定性特征不能直接使用:某些机器学习算法和模型只能接受定量特征的输入,那么需要将定性特征转换为定量特征。最简单的方式是为每一种定性值指定一个定量值,但是这种方式过于灵活,增加了调参的工作。通常使用哑编码的方式将定性特征转换为定量特征:假设有N种定性值,则将这一个特征扩展为N种特征,当原始特征值为第i种定性值时,第i个扩展特征赋值为1,其他扩展特征赋值为0。哑编码的方式相比直接指定的方式,不用增加调参的工作,对于线性模型来说,使用哑编码后的特征可达到非线性的效果。

比如当前属性有5种情况,然后当前样本x拥有当前属性第三种情况,可以构造特征向量(0,0,1,0,0),这就是哑编                码的过程

  • 存在缺失值:缺失值需要补充。常见的有均值还有众数,中值来补充
  • 信息利用率低:不同的机器学习算法和模型对数据中信息的利用是不同的,之前提到在线性模型中,使用对定性特征哑编码可以达到非线性的效果。类似地,对定量变量多项式化,或者进行其他的转换,都能达到非线性的效果。

我们使用sklearn中的preproccessing和spark.ml.feature库来进行数据预处理,可以覆盖以上问题的解决方案。

无量纲处理

标准化处理

标准化处理会用到数据的均值和标准差,标准化的结果反映了数据围绕均值上下波动的情况,

  • 数据小于0则表示当前数据是低于平均值水平
  • 数据的绝对值反映的偏离平均值的程度,数值绝对值越大则表示偏离越远

下面看下计算公式

$$ x=\frac{x-均值}{标准差}$$

sklearn中的处理如下

from sklearn.preprocessing import StandardScaler from sklearn.datasets import load_iris
irisdata=load_iris()
print irisdata.data
stdmethod=StandardScaler()
stddata=stdmethod.fit_transform(irisdata.data)

标准化后部分数据如下

[[ -9.00681170e-01   1.03205722e+00  -1.34127240e+00  -1.31297673e+00]
 [ -1.14301691e+00  -1.24957601e-01  -1.34127240e+00  -1.31297673e+00]
 [ -1.38535265e+00   3.37848329e-01  -1.39813811e+00  -1.31297673e+00]
 [ -1.50652052e+00   1.06445364e-01  -1.28440670e+00  -1.31297673e+00]
 [ -1.02184904e+00   1.26346019e+00  -1.34127240e+00  -1.31297673e+00]
 [ -5.37177559e-01   1.95766909e+00  -1.17067529e+00  -1.05003079e+00]
 [ -1.50652052e+00   8.00654259e-01  -1.34127240e+00  -1.18150376e+00]
 [ -1.02184904e+00   8.00654259e-01  -1.28440670e+00  -1.31297673e+00]
 [ -1.74885626e+00  -3.56360566e-01  -1.34127240e+00  -1.31297673e+00]
 [ -1.14301691e+00   1.06445364e-01  -1.28440670e+00  -1.44444970e+00]

下面解析 StandardScaler方法的内部函数

sklearn.preprocessing.StandardScaler(<copy=True,with_mean=True,with_std=True)
参数 copy 当为True的时候是要返回数据的备份,一般都是默认true
with_mean true时是在缩放之前中心数据 
with_std 在数据缩放至单位方差或者单位标准差 
方法函数 
fit(X[, y]) 计算数据的均值和标准方差
fit_transform(X[, y]) 先计算均值和方差在转换数据,就是fit和transform两部操作合二为1 
get_params([deep]) 获取当前估计器的参数
inverse_transform(X[, copy]) 将当前的数据返回至之前的状态 
partial_fit(X[, y]) 在线计算数据的均值和方差然后用于后面的缩放处理 
set_params(**params) 自定义参数用于估计器 
transform(X[, y, copy]) 缩放数据

spark版本

class pyspark.ml.feature.StandardScaler(self, withMean=False, withStd=True, inputCol=None, outputCol=None)
参数
这里参数的含义可以参考上面部分的描述,区别在于inputCol。。
inputCol是输入的dataframe数据中的需要处理的列,那么outputCol就是输出的列了
from pyspark.sql import SQLContext
from pyspark import SparkConf,SparkContext
from pyspark.ml.feature import StandardScaler
conf=SparkConf().setAppName('decsion').setMaster('local')
sc=SparkContext(conf=conf)
sqlContext=SQLContext(sc)
dataFrame = sqlContext.read.format("libsvm").load("data/mllib/sample_libsvm_data.txt")
scaler = StandardScaler(inputCol="features", outputCol="scaledFeatures",
                        withStd=True, withMean=False)

# Compute summary statistics by fitting the StandardScaler
scalerModel = scaler.fit(dataFrame)

# Normalize each feature to have unit standard deviation.
scaledData = scalerModel.transform(dataFrame)
scaledData.show()

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