机器学习实战（五） kaggle练习赛泰坦尼克获救预测

喜欢ヅ旅行 2021-09-27 06:12 367阅读 0赞

这道题的主页：[https://www.kaggle.com/c/titanic][https_www.kaggle.com_c_titanic]

**目录**

一、 读取数据，观察数据分布

二、 数据预处理

1. 填充缺失值

2. 文字到数值的映射

三、模型

1. 用线性回归预测

2. 用逻辑回归预测

3. 用随机森林改进模型

四、特征工程示例

1. 如何自己构造特征

2. 随机森林特征重要性分析

--------------------

## 一、 读取数据，观察数据分布 ##

import numpy as np
    import pandas as pd
    import matplotlib as plt
    import math
    
    titanic=pd.read_csv('train.csv')
    print(titanic.describe())#查看每一列的情况
    titanic.head()
    print(titanic.shape)#(891, 12)

![70][]

![70 1][]

![70 2][]

分析：**survived**这一列，1-存活，0-死亡

**sex：**是文字形式，不利于分析，故可能需要映射到数值的值

**age：**这一列空缺了一百多个值，从逻辑上考虑年龄还是很重要的，所以缺失值需要填补

**Ticket：**这列船票号，看起来没啥规律。。。

**Fare：**船票费用和船舱等级（Pclass）以及航程长短（Embarked）有关，先不处理

**Cabin：**这个缺失值太多了，先忽略

**Embarked：**上船港口，有三个取值，C/S/Q，是文字形式，不利于分析，故可能需要映射到数值的值，而且有2个缺失值

## 二、 数据预处理 ##

### 1. 填充缺失值 ###

可以采取：平均值/中值/众数等填充方式。

Age这列平均值和中值都可以考虑一下（看具体效果决定），Embarked就缺了俩，而且取值就3个离散值，故用众数比较合理。

**（1）Age**

titanic['Age']=titanic['Age'].fillna(titanic['Age'].mean()) #用均值（29.69911764705882）填充，如果是中值的话，就是median()
    # titanic['Age']=titanic['Age'].fillna(titanic['Age'].median()) #用中值（ 28.0）填充
    print(titanic['Age'].describe())#查看每一列的情况

![70 3][]

**（2）Embarked**

# 将上船港口映射到数值
    print(titanic['Embarked'].unique()) #取值可能的结果：['S' 'C' 'Q' nan]
    print(titanic['Embarked'].mode())   #'众数'是s，那就用s
    titanic['Embarked']=titanic['Embarked'].fillna('S')
    print(titanic['Embarked'].describe())

![70 4][]

可以看到已经将缺失值填充上了，其实在.describe()的top中就可以看到众数的取值了，top：S

### 2. 文字到数值的映射 ###

**（1）性别：male-0, female-1**

# 将Sex这一栏，男用0表示，女用1表示
    titanic.loc[titanic['Sex']=='male','Sex']=0
    titanic.loc[titanic['Sex']=='female','Sex']=1
    print(titanic['Sex'].describe())

![70 5][]

**（2）港口：S-0, C-1, Q-2**

titanic.loc[titanic['Embarked']=='S','Embarked']=0
    titanic.loc[titanic['Embarked']=='C','Embarked']=1
    titanic.loc[titanic['Embarked']=='Q','Embarked']=2
    print(titanic['Embarked'].describe())

![70 6][]

## 三、模型 ##

### 1. 用线性回归预测 ###

（1）线性回归：找到一条直线（超平面）来拟合数据点

（2）本案例中，找到拟合平面之后求解每个人的存活概率，若大于0.5 则存活，survived预测值=1，好残忍

from sklearn.linear_model import LinearRegression
    from sklearn.cross_validation import KFold
    # print(help(KFold))
    predictors=['Pclass','Sex','Age','SibSp','Parch','Fare','Embarked'] #用于预测的项,【有改进的空间】
    alg=LinearRegression()
    kf=KFold(titanic.shape[0],n_folds=3, random_state=1)
    # print(help(np.concatenate))
    predictions=[]
    for train,test in kf:
        train_predictors=(titanic[predictors].iloc[train,:])
        train_target=titanic['Survived'].iloc[train]
        alg.fit(train_predictors,train_target)
        test_predictions=alg.predict(titanic[predictors].iloc[test,:])
        predictions.append(test_predictions)
    predictions=np.concatenate(predictions,axis=0) #在行的方向拼接两个数组
    # print(help(np.concatenate))
    predictions[predictions>0.5]=1
    predictions[predictions<=0.5]=0
    accuracy=len(predictions[predictions==titanic['Survived']])/(len(predictions)) #预测的情况与实际情况一致的数目/所有样本数
    print(accuracy) #结果：0.7833894500561167

### 2. 用逻辑回归预测 ###

# 逻辑回归
    from sklearn import cross_validation
    from sklearn.linear_model import LogisticRegression
    
    predictors=['Pclass','Sex','Age','SibSp','Parch','Fare','Embarked']
    alg=LogisticRegression(random_state=1)
    scores = cross_validation.cross_val_score(alg, titanic[predictors], titanic['Survived'], cv=3)
    print(scores.mean()) #0.7901234567901234

### 3. 用随机森林改进模型 ###

from sklearn import cross_validation
    from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
    
    predictors=['Pclass','Sex','Age','SibSp','Parch','Fare','Embarked'] #用于预测的项,【有改进的空间】
    #n_estimators 森林中树的数目
    rf_alg=RandomForestClassifier(random_state=1, n_estimators=50, min_samples_split=4, min_samples_leaf=2)
    kf=cross_validation.KFold(titanic.shape[0],n_folds=3, random_state=1)
    scores=cross_validation.cross_val_score(rf_alg,titanic[predictors],titanic['Survived'],cv=kf)
    print(scores) #[0.78114478 0.82491582 0.84175084]
    print(scores.mean()) #0.8159371492704826

对比可以发现，平均分数有所提高，说明预测得准一些了

## 四、特征工程示例 ##

### 1. 如何自己构造特征 ###

目的是演示一下怎么构造特征，别当真。。。

（1）FamilySize = SibSp + ParCh

（2）NameLength = len (Name)

titanic['FamilySize']=titanic['SibSp']+titanic['Parch']
    titanic['Namelength']=titanic['Name'].apply(lambda x:len(x)) #匿名函数，允许快速定义单行函数

（3）Titles = 一些特殊的称号。例如：miss / doctor / professor......

import re     #re 模块使 Python 语言拥有全部的正则表达式功能。
    def get_title(name):
        title_search=re.search(' ([A-Za-z]+)\.',name) #re.search 扫描整个字符串并返回第一个成功的匹配。name是要进行检索的，前面是要匹配的
        if title_search:
            return title_search.group(1) #查看匹配的情况
        return ""
    
    titles=titanic['Name'].apply(get_title)
    print(pd.value_counts(titles))

![70 7][]

提取出的title有这么多种，而且都是文字信息，为了便于分析，要将其映射到数值，这次采用一种批量的方法：

title_mapping={'Mr':1,'Miss':2,'Mrs':3,'Master':4,'Dr':5,'Rev':6,'Major':7,'Mlle':7,'Col':7,'Jonkheer':8,'Capt':8,'Don':8,'Mme':8,'Sir':8,'Lady':8,'Ms':8,'Countess':8}
    for k,v in title_mapping.items():
        titles[titles==k]=v
    
    print(pd.value_counts(titles))
    titanic['Titles']=titles

结果：

![70 8][]

### 2. 随机森林特征重要性分析 ###

from sklearn.feature_selection import SelectKBest, f_classif
    import matplotlib.pyplot as plt
    
    predictors2=['Pclass','Sex','Age','SibSp','Parch','Fare','Embarked','FamilySize','Namelength'] #'Titles',放里面会有麻烦
    selector=SelectKBest(f_classif,k=5)
    selector.fit(titanic[predictors2],titanic['Survived'])
    
    scores=-np.log10(selector.pvalues_)
    
    plt.bar(range(len(predictors2)),scores)
    plt.xticks(range(len(predictors2)),predictors2,rotation='vertical')
    plt.show()

![70 9][]

[https_www.kaggle.com_c_titanic]: https://www.kaggle.com/c/titanic
[70]: /images/20210923/bc620510ab424713a91d1f3f9ee7059b.png
[70 1]: /images/20210923/9eb62eb35bc5419cb5679ba09869f13e.png
[70 2]: /images/20210923/00275553f7894c39be27cdfc3935ac6b.png
[70 3]: /images/20210923/785b0ac7881d46f4a5fa5ebe1103e7bd.png
[70 4]: /images/20210923/c5a5e6a999e04f07b03759f0d5857a69.png
[70 5]: /images/20210923/1293e5ff5f59442ebf6588a9ad312444.png
[70 6]: /images/20210923/e0daa52e49ae472b9fc0f229c4ff8bbb.png
[70 7]: /images/20210923/6aba9b3ce99e47c291bc561889edc686.png
[70 8]: /images/20210923/1b66dbf6c586493d8fc5214e3f03264f.png
[70 9]: /images/20210923/d4eaf0d55ed84c7b95eeac7bf620e215.png