【Python数据分析案例】（十五）——超高维数据的降维(随机森林)、特征工程

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导读

本次带来的案例是高维数据的处理，以及降维，使用随机森林降维和分类。

本次数据长这个样子，没有特征名称

只有最后一列是0和1 ，代表响应变量y，这是一个二分类问题。其他前面都是x。

首先导入包，读取数据的时候给每个变量命个名称，从var1到var250：

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns

读取数据，给训练集和测试集都命名

names=['var'+str(i+1) for i in range(250)]
data=pd.read_csv('train.csv',header=None,names=names)
data2=pd.read_csv('test.csv',header=None,names=names)

如果有一行全为空值就删除

data.dropna(how=’all’,inplace=True)
data2.dropna(how=’all’,inplace=True)
查看训练集数据

data

可以看到数据有74900条，250维特征，算是高维数据了。

继续清洗，降维

首先取值唯一的变量都删除，就是这一列的特征全为一样的数值的话就删除，因为值都是一样的，这个特征对于分类就没帮助

#取值唯一的变量都删除
for col in data.columns:
    if len(data[col].value_counts())==1:
        print(col)
        data.drop(col,axis=1,inplace=True)

打印了一下删除的变量的名称。

然后将文本型的数据都删掉，平时对于文本类数据可以要处理一下，比如独热编码之类的，但是数据维度很高，直接扔了也没损失很多信息

data=data.select_dtypes(include=['float64'])

然后将缺失值过多的列删除，这里阈值是74000，就是说一个列特征的缺失值达到900条的特征就删除

data=data.dropna(thresh=74000,axis=1)

查看数据

data

从250维度降到146，继续

观察缺失值

#观察缺失值
import missingno as msno
%matplotlib inline
msno.matrix(data)

可以看到缺失值不算很多了，那就直接填充，取上一个值填充空值

data.fillna(method='pad',axis=1,inplace=True)

然后将上面挑选出来的特征给测试集也做一些同样的处理

data2=data2[data.columns[:-1]]
data2=data2.fillna(method='pad',axis=1)

下面开始用机器学习的方法降维。

开始机器学习

划分X和y

y=data.iloc[:,-1]
X=data.iloc[:,:-1]
X.shape,y.shape

145个特征

划分训练验证集

from sklearn.model_selection import train_test_split
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, stratify=y, random_state=0)

数据归一化

from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
scaler =MinMaxScaler()
scaler.fit(X_train)
X_train_s = scaler.transform(X_train)
X_test_s = scaler.transform(X_test)
#x=scaler.transform(data2)
#row_id2=data2.iloc[:,0]
X2=data2.iloc[:,:]
scaler =MinMaxScaler()
X3=np.vstack((X,X2))
scaler.fit(X3)
X_s = scaler.transform(X)
X2_s = scaler.transform(X2)

先用逻辑回归试一试分类效果

#逻辑回归
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
model = LogisticRegression(C=1e10,max_iter=1e6)
model.fit(X_train_s, y_train)
model.score(X_test_s, y_test)

准确率很高

然后使用随机森林分类

#随机森林
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
model = RandomForestClassifier(n_estimators=1000, max_features='sqrt',random_state=123)
model.fit(X_train_s, y_train)
model.score(X_test_s, y_test)

准确率直接100%了。。。

然后对测试集集预测，然后保存

pred = model.predict(X2_s)
df = pd.DataFrame(columns=['target'])
#df['row_id']=row_id2
df['target']=pred

df.to_csv('predict_result.csv',header=False,index=False)

下面我们在不降低准确率的情况下对数据进行筛选，首先画出变量的重要性排序图

model.feature_importances_
sorted_index = model.feature_importances_.argsort()
plt.barh(range(X_train.shape[1]), model.feature_importances_[sorted_index])
plt.yticks(np.arange(X_train.shape[1]), X_train.columns[sorted_index])
plt.xlabel('Feature Importance')
plt.ylabel('Feature')
plt.title('Random Forest')
plt.tight_layout()

由于特征太多了，直接密密麻麻看不清…..大体上我们看的出来是第一个特征对分类的帮助很大，其他特征的重要性则没那么高。

我们查看一些排序后的变量名称和各种的重要性

var_names=X_train.columns[sorted_index][::-1]
var_weight=model.feature_importances_[sorted_index][::-1]
#imf_weight[0]=1
var_names,var_weight

可以看到最重要的变量是var249.

我们可以设置一个阈值，变量重要性小于这个阈值就不要这个变量

重要变量=var_names[var_weight>0.002]
重要变量的系数=var_weight[:len(重要变量)]

然后筛选出来的变量应用到训练集和测试集上

X_train=X_train.loc[:,重要变量]
X_test=X_test.loc[:,重要变量]

然后数据标准化，再进行随机森林分类

scaler2 =MinMaxScaler()
scaler2.fit(X_train)
X_train_s = scaler2.transform(X_train)
X_test_s = scaler2.transform(X_test)

#随机森林
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
model = RandomForestClassifier(n_estimators=1000, max_features='sqrt',random_state=123)
model.fit(X_train_s, y_train)
model.score(X_test_s, y_test)

还是100%，说明我们筛选掉了一些变量，但是模型的准确率没有下降。

然后将筛选出来的变量去保存

model.feature_importances_
sorted_index = model.feature_importances_.argsort()

var_names=X_train.columns[sorted_index][::-1]
var_weight=model.feature_importances_[sorted_index][::-1]
var_names,var_weight

var=pd.DataFrame()
var['重要变量']=var_names
var['重要变量的重要性程度']=var_weight
var.to_csv('筛选变量.csv',index=False,encoding='gbk')
df=data[var_names].to_csv('训练集筛选的X变量.csv',index=False)
df2=data2[var_names].to_csv('测试集筛选的X变量.csv',index=False)

这样就达到了降维的目的。

当然也可以使用sklearn里面的SelectFromModel可以便捷一点。

from sklearn.feature_selection import SelectFromModel

model = RandomForestClassifier(n_estimators=5000, max_features=int(np.sqrt(X.shape[-1])), random_state=0)
model.fit(X,y)
selection =SelectFromModel(model,threshold=0.002,prefit=True)
select_X=selection.transform(X)
select_X.shape

这样可以直接把筛选出来的X应用到训练集上，还可以运用到测试集上，也可以很方便的查看筛选出来的变量

print(selection.get_support())
print(selection.get_support(True))
[columns[i] for i in selection.get_support(True)]