scikit-learn在Kaggle Titanic数据集上的简单实践（新手向）

旧城等待， 2022-05-28 03:46 195阅读 0赞

# scikit-learn在Kaggle Titanic数据集上的简单实践（新手向） #

Titanic乘客生存预测是Kaggle上的一项入门竞赛，即给定一些乘客的信息，预测该乘客是否在Tatanic灾难中幸存下来。

> 什么是Kaggle？
> 
> 给出百度百科的定义作为参考：Kaggle是由联合创始人、首席执行官安东尼·高德布卢姆（Anthony Goldbloom）2010年在墨尔本创立的，主要为开发商和数据科学家提供举办机器学习竞赛、托管数据库、编写和分享代码的平台。

今天，我们使用scikit-learn框架在Titanic数据集上做一些基础实践。

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## 分析数据集 ##

**1.获取数据集**

Titanic数据集分为两部分：

*  训练数据集-包含特征信息和存活与否的标签
 *  测试数据集-只包含特征信息

数据集可以从kaggle上下载（点击下面的链接进行下载），格式为csv：

*  [train.csv][]
 *  [test.csv][]

**2.分析数据集**

数据集下载到本地后，我们使用pandas读取，查看一下数据集信息：

import pandas as pd
    
    # 读取数据集
    train_data = pd.read_csv('dataset/train.csv')
    test_data = pd.read_csv('dataset/test.csv')
    # 打印信息
    train_data.info()

输出信息如下：

<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
    RangeIndex: 891 entries, 0 to 890
    Data columns (total 12 columns):
    PassengerId    891 non-null int64
    Survived       891 non-null int64
    Pclass 891 non-null int64
    Name           891 non-null object
    Sex            891 non-null object
    Age            714 non-null float64
    SibSp          891 non-null int64
    Parch          891 non-null int64
    Ticket         891 non-null object
    Fare           891 non-null float64
    Cabin          204 non-null object
    Embarked       889 non-null object
    dtypes: float64(2), int64(5), object(5)
    memory usage: 83.6+ KB

对上面的特征进行一下解释：

*  PassengerId 乘客编号
 *  Survived 是否幸存
 *  Pclass 船票等级
 *  Name 乘客姓名
 *  Sex 乘客性别
 *  SibSp、Parch 亲戚数量
 *  Ticket 船票号码
 *  Fare 船票价格
 *  Cabin 船舱
 *  Embarked 登录港口

这里，根据常识和经验，简单选择一下用于训练的特征：`['Pclass', 'Sex', 'Age', 'SibSp', 'Parch', 'Fare', 'Embarked']`。当然了，如果使用特征工程来筛选和创造训练特征的话，效果要比这个好得多。

# 选择用于训练的特征
    features = ['Pclass', 'Sex', 'Age', 'SibSp', 'Parch', 'Fare', 'Embarked']
    x_train = train_data[features]
    x_test = test_data[features]
    
    y_train=train_data['Survived']

现在，我们查看一下筛选后的数据集：

# 检查缺失值
    x_train.info()
    print '-'*100
    x_test.info()

输出的结果如下:

<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
    RangeIndex: 891 entries, 0 to 890
    Data columns (total 7 columns):
    Pclass 891 non-null int64
    Sex         891 non-null object
    Age         714 non-null float64
    SibSp       891 non-null int64
    Parch       891 non-null int64
    Fare        891 non-null float64
    Embarked    889 non-null object
    dtypes: float64(2), int64(3), object(2)
    memory usage: 48.8+ KB
    ------------------------------
    <class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
    RangeIndex: 418 entries, 0 to 417
    Data columns (total 7 columns):
    Pclass 418 non-null int64
    Sex         418 non-null object
    Age         332 non-null float64
    SibSp       418 non-null int64
    Parch       418 non-null int64
    Fare        417 non-null float64
    Embarked    418 non-null object
    dtypes: float64(2), int64(3), object(2)
    memory usage: 22.9+ KB

可以发现，在这些数据中，是存在缺失值的，比如说训练数据中的`Age`,`Embarked`，测试数据中的`Age`,`Fare`,`Embarked`。我们要将其填充完整。

**3.补全数据集**

`Age`和`Fare`是数值型数据，可以使用其平均值来补全空值，尽量减小补全值对结果的影响。

# 使用平均年龄来填充年龄中的nan值
    x_train['Age'].fillna(x_train['Age'].mean(), inplace=True)
    x_test['Age'].fillna(x_test['Age'].mean(),inplace=True)
    
    # 使用票价的均值填充票价中的nan值
    x_test['Fare'].fillna(x_test['Fare'].mean(),inplace=True)

`Embarked`是类别数据，取出现次数最多的类别来补全空值。

# 使用登录最多的港口来填充登录港口的nan值
    print x_train['Embarked'].value_counts()
    x_train['Embarked'].fillna('S', inplace=True)
    x_test['Embarked'].fillna('S',inplace=True)

能够看到，出现次数最多的类别是‘S’:

S    644
    C    168
    Q     77

**4.将特征值转化为特征向量**

想要进行训练，还需要将这些特征值转化成特征向量才行。类别类型的特征，也需要转化成类似于`one-hot`的格式。

# 将特征值转换成特征向量
    dvec=DictVectorizer(sparse=False)
    
    x_train=dvec.fit_transform(x_train.to_dict(orient='record'))
    x_test=dvec.transform(x_test.to_dict(orient='record'))
    
    # 打印特征向量格式
    print dvec.feature_names_

能够看到，转换之后的特征向量的格式大致上是这样的：

['Age', 'Embarked=C', 'Embarked=Q', 'Embarked=S', 'Fare', 'Parch', 'Pclass', 'Sex=female', 'Sex=male', 'SibSp']

比如，我们打印训练数据的第一条：

print x_train[0]

其输出为：

[22.    0.    0.    1.    7.25  0.    3.    0.    1.    1.  ]

该特征向量的值与上面的名称是一一对应的。

**5.选择模型**

sklearn里面集成了很多经典模型，本文选了几个进行了测试。这些模型很多都具备可调节的超参数，本文均使用默认配置。

对模型的验证使用十倍交叉验证。

# 支持向量机
    svc = SVC()
    # 决策树
    dtc = DecisionTreeClassifier()
    # 随机森林
    rfc = RandomForestClassifier()
    # 逻辑回归
    lr = LogisticRegression()
    # 贝叶斯
    nb = MultinomialNB()
    # K邻近
    knn = KNeighborsClassifier()
    # AdaBoost
    boost = AdaBoostClassifier()
    
    print 'SVM acc is', np.mean(cross_val_score(svc, x_train, y_train, cv=10))
    print 'DecisionTree acc is', np.mean(cross_val_score(dtc, x_train, y_train, cv=10))
    print 'RandomForest acc is', np.mean(cross_val_score(rfc, x_train, y_train, cv=10))
    print 'LogisticRegression acc is', np.mean(cross_val_score(lr, x_train, y_train, cv=10))
    print 'NaiveBayes acc is', np.mean(cross_val_score(nb, x_train, y_train, cv=10))
    print 'KNN acc is', np.mean(cross_val_score(knn, x_train, y_train, cv=10))
    print 'AdaBoost acc is', np.mean(cross_val_score(boost, x_train, y_train, cv=10))

十倍交叉验证的平均结果如下：

SVM acc is 0.726437407786
    DecisionTree acc is 0.777898081943
    RandomForest acc is 0.81717483827
    LogisticRegression acc is 0.795800987402
    NaiveBayes acc is 0.692726705255
    KNN acc is 0.708359153331
    AdaBoost acc is 0.810419929633

可以看出，在当前的特征选择和模型配置下，随机森林、逻辑回归和AdaBoost表现较好，KNN和朴素贝叶斯表现较差。这样的准确率和精心的特征工程和模型调优相比，肯定是差得远的，毕竟大佬们都已经有1.0准确率的了，可怕……不过本文只是做个实践，表现差点倒是无所谓，这里选择使用AdaBoost完成后续内容。

**6.进行预测**

使用AdaBoost分类器来进行生存预测，并保存预测结果。

# 训练
    boost.fit(x_train, y_train)
    # 预测
    y_predict = boost.predict(x_test)
    # 保存结果
    result = {
       'PassengerId': test_data['PassengerId'],
              'Survived': y_predict}
    result = pd.DataFrame(result)
    result.to_csv('submission.csv',index=False)

在kaggle上提交了一下，准确率只有0.75119。果然，无脑莽是不行的=。=想要模型的效果好，认真的特征工程和模型调优，还是少不了的。。。

emmm,今天的实践就到这里，完整的代码请点击[这里(GitHub)][GitHub]

[train.csv]: https://www.kaggle.com/c/3136/download/train.csv
[test.csv]: https://www.kaggle.com/c/3136/download/test.csv
[GitHub]: https://github.com/AaronJny/simple_titanic