什么是數(shù)據(jù)挖掘?什么是機(jī)器學(xué)習(xí)?又如何進(jìn)行Python數(shù)據(jù)預(yù)處理?本文將帶領(lǐng)大家一同了解數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，通過(guò)淘寶商品案例進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理實(shí)戰(zhàn)，通過(guò)鳶尾花案例介紹各種分類算法。

以下內(nèi)容根據(jù)主講嘉賓視頻分享以及PPT整理而成。

本次課程包含了五個(gè)知識(shí)點(diǎn)：

1. 數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)簡(jiǎn)介
2. Python數(shù)據(jù)預(yù)處理實(shí)戰(zhàn)
3. 常見(jiàn)分類算法介紹
4. 對(duì)鳶尾花進(jìn)行分類案例實(shí)戰(zhàn)
5. 分類算法的選擇思路與技巧

一、數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)簡(jiǎn)介

什么是數(shù)據(jù)挖掘?數(shù)據(jù)挖掘指的是對(duì)現(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理和分析，最終得到數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間深層次關(guān)系的一種技術(shù)。例如在對(duì)超市貨品進(jìn)行擺放時(shí)，牛奶到底是和面包擺放在一起銷量更高，還是和其他商品擺在一起銷量更高。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)就可以用于解決這類問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，超市的貨品擺放問(wèn)題可以劃分為關(guān)聯(lián)分析類場(chǎng)景。

在日常生活中，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用的非常廣泛。例如對(duì)于商戶而言，常常需要對(duì)其客戶的等級(jí)(svip、vip、普通客戶等)進(jìn)行劃分，這時(shí)候可以將一部分客戶數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，另一部分客戶數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)。然后將訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入到模型中進(jìn)行訓(xùn)練，在訓(xùn)練完成后，輸入另一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，最終實(shí)現(xiàn)客戶等級(jí)的自動(dòng)劃分。其他類似的應(yīng)用例子還有驗(yàn)證碼識(shí)別、水果品質(zhì)自動(dòng)篩選等。

那么機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)又是什么呢?一言以蔽之，凡是讓機(jī)器通過(guò)我們所建立的模型和算法對(duì)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系或者規(guī)則進(jìn)行學(xué)習(xí)，最后供我們利用的技術(shù)都是機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。其實(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)是一個(gè)交叉的學(xué)科，它可以大致分為兩類：傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)，其中深度學(xué)習(xí)技術(shù)包含了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)。在本次課程中，著重講解的是傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)及各種算法。

由于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)都是對(duì)數(shù)據(jù)之間的規(guī)律進(jìn)行探索，所以人們通常將兩者放在一起提及。而這兩種技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中也有著非常廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，其中經(jīng)典的幾類應(yīng)用場(chǎng)景如下圖所示：

1、分類：對(duì)客戶等級(jí)進(jìn)行劃分、驗(yàn)證碼識(shí)別、水果品質(zhì)自動(dòng)篩選等

機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以用于解決分類問(wèn)題，如對(duì)客戶等級(jí)進(jìn)行劃分、驗(yàn)證碼識(shí)別、水果品質(zhì)自動(dòng)篩選等。

以驗(yàn)證碼識(shí)別為例，現(xiàn)需要設(shè)計(jì)一種方案，用以識(shí)別由0到9的手寫(xiě)體數(shù)字組成的驗(yàn)證碼。有一種解決思路是，先將一些出現(xiàn)的0到9的手寫(xiě)體數(shù)字劃分為訓(xùn)練集，然后人工的對(duì)這個(gè)訓(xùn)練集進(jìn)行劃分，即將各個(gè)手寫(xiě)體映射到其對(duì)應(yīng)的數(shù)字類別下面，在建立了這些映射關(guān)系之后，就可以通過(guò)分類算法建立相應(yīng)的模型。這時(shí)候如果出現(xiàn)了一個(gè)新的數(shù)字手寫(xiě)體，該模型可以對(duì)該手寫(xiě)體代表的數(shù)字進(jìn)行預(yù)測(cè)，即它到底屬于哪個(gè)數(shù)字類別。例如該模型預(yù)測(cè)某手寫(xiě)體屬于數(shù)字1的這個(gè)類別，就可以將該手寫(xiě)體自動(dòng)識(shí)別為數(shù)字1。所以驗(yàn)證碼識(shí)別問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)分類問(wèn)題。

水果品質(zhì)的自動(dòng)篩選問(wèn)題也是一個(gè)分類問(wèn)題。水果的大小、顏色等特征也可以映射到對(duì)應(yīng)的甜度類別下面，例如1這個(gè)類別可以代表甜，0這個(gè)類別代表不甜。在獲得一些訓(xùn)練集的數(shù)據(jù)之后，同樣可以通過(guò)分類算法建立模型，這時(shí)候如果出現(xiàn)一個(gè)新的水果，就可以通過(guò)它的大小、顏色等特征來(lái)自動(dòng)的判斷它到底是甜的還是不甜的。這樣就實(shí)現(xiàn)了水果品質(zhì)的自動(dòng)篩選。

2、回歸：對(duì)連續(xù)型數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)、趨勢(shì)預(yù)測(cè)等

除了分類之外，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)還有一個(gè)非常經(jīng)典的場(chǎng)景——回歸。在前文提到的分類的場(chǎng)景，其類別的數(shù)量都有一定的限制。比如數(shù)字驗(yàn)證碼識(shí)別場(chǎng)景中，包含了0到9的數(shù)字類別;再比如字母驗(yàn)證碼識(shí)別場(chǎng)景中，包含了a到z的有限的類別。無(wú)論是數(shù)字類別還是字母類別，其類別數(shù)量都是有限的。

現(xiàn)在假設(shè)存在一些數(shù)據(jù)，在對(duì)其進(jìn)行映射后，最好的結(jié)果沒(méi)有落在某個(gè)0、1或者2的點(diǎn)上，而是連續(xù)的落在1.2、1.3、1.4…上面。而分類算法就無(wú)法解決這類問(wèn)題，這時(shí)候就可以采用回歸分析算法進(jìn)行解決。在實(shí)際的應(yīng)用中，回歸分析算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)型數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)和趨勢(shì)預(yù)測(cè)等。

3、聚類：客戶價(jià)值預(yù)測(cè)、商圈預(yù)測(cè)等

什么是聚類?在上文中提過(guò)，要想解決分類問(wèn)題，必須要有歷史數(shù)據(jù)(即人為建立的正確的訓(xùn)練數(shù)據(jù))。倘若沒(méi)有歷史數(shù)據(jù)，而需要直接將某對(duì)象的特征劃分到其對(duì)應(yīng)的類別，分類算法和回歸算法無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題。這種時(shí)候有一種解決辦法——聚類，聚類方法直接根據(jù)對(duì)象特征劃分出對(duì)應(yīng)的類別，它是不需要經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的，所以它是一種非監(jiān)督的學(xué)習(xí)方法。

在什么時(shí)候能用到聚類?假如數(shù)據(jù)庫(kù)中有一群客戶的特征數(shù)據(jù)，現(xiàn)在需要根據(jù)這些客戶的特征直接劃分出客戶的級(jí)別(如SVIP客戶、VIP客戶)，這時(shí)候就可以使用聚類的模型去解決。另外在預(yù)測(cè)商圈的時(shí)候，也可以使用聚類的算法。

4、關(guān)聯(lián)分析：超市貨品擺放、個(gè)性化推薦等

關(guān)聯(lián)分析是指對(duì)物品之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析。例如，某超市內(nèi)存放有大量的貨品，現(xiàn)在需要分析出這些貨品之間的關(guān)聯(lián)性，如面包商品與牛奶商品之間的關(guān)聯(lián)性的強(qiáng)弱程度，這時(shí)候可以采用關(guān)聯(lián)分析算法，借助于用戶的購(gòu)買記錄等信息，直接分析出這些商品之間的關(guān)聯(lián)性。在了解了這些商品的關(guān)聯(lián)性之后，就可以將之應(yīng)用于超市的商品擺放，通過(guò)將關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的商品放在相近的位置上，可以有效提升該超市的商品銷量。

此外，關(guān)聯(lián)分析還可以用于個(gè)性化推薦技術(shù)。比如，借助于用戶的瀏覽記錄，分析各個(gè)網(wǎng)頁(yè)之間存在的關(guān)聯(lián)性，在用戶瀏覽網(wǎng)頁(yè)時(shí)，可以向其推送強(qiáng)關(guān)聯(lián)的網(wǎng)頁(yè)。例如，在分析了瀏覽記錄數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)A與網(wǎng)頁(yè)C之間有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，那么在某個(gè)用戶瀏覽網(wǎng)頁(yè)A時(shí)，可以向他推送網(wǎng)頁(yè)C，這樣就實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化推薦。

5、自然語(yǔ)言處理：文本相似度技術(shù)、聊天機(jī)器人等

除了上述的應(yīng)用場(chǎng)景之外，數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)也可以用于自然語(yǔ)言處理和語(yǔ)音處理等等。例如對(duì)文本相似度的計(jì)算和聊天機(jī)器人。

二、Python數(shù)據(jù)預(yù)處理實(shí)戰(zhàn)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)之前，首先要做的一步是對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。倘若連初始數(shù)據(jù)都是不正確的，那么就無(wú)法保證最后的結(jié)果的正確性。只有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，保證其準(zhǔn)確性，才能保證最后結(jié)果的正確性。

數(shù)據(jù)預(yù)處理指的是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，把臟數(shù)據(jù)(即影響結(jié)果準(zhǔn)確率的數(shù)據(jù))處理掉，否則很容易影響最終的結(jié)果。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法如下圖所示：

1、缺失值處理

缺失值是指在一組數(shù)據(jù)中，某行數(shù)據(jù)缺失的某個(gè)特征值。解決缺失值有兩種方法，一是將該缺失值所在的這行數(shù)據(jù)刪除掉，二是將這個(gè)缺失值補(bǔ)充一個(gè)正確的值。

2、異常值處理

異常值產(chǎn)生的原因往往是數(shù)據(jù)在采集時(shí)發(fā)生了錯(cuò)誤，如在采集數(shù)字68時(shí)發(fā)生了錯(cuò)誤，誤將其采集成680。在處理異常值之前，自然需要先發(fā)現(xiàn)這些異常值數(shù)據(jù)，往往可以借助畫(huà)圖的方法來(lái)發(fā)現(xiàn)這些異常值數(shù)據(jù)。在對(duì)異常值數(shù)據(jù)處理完成之后，原始數(shù)據(jù)才會(huì)趨于正確，才能保證最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3、數(shù)據(jù)集成

相較于上文的缺失值處理和異常值處理，數(shù)據(jù)集成是一種較為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)預(yù)處理方式。那么數(shù)據(jù)集成是什么?假設(shè)存在兩組結(jié)構(gòu)一樣的數(shù)據(jù)A和數(shù)據(jù)B，且兩組數(shù)據(jù)都已加載進(jìn)入內(nèi)存，這時(shí)候如果用戶想將這兩組數(shù)據(jù)合并為一組數(shù)據(jù)，可以直接使用Pandas對(duì)其進(jìn)行合并，而這個(gè)合并的過(guò)程實(shí)際上就是數(shù)據(jù)的集成。

接下來(lái)以淘寶商品數(shù)據(jù)為例，介紹一下上文預(yù)處理的實(shí)戰(zhàn)。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理之前，首先需要從MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入淘寶商品數(shù)據(jù)。在開(kāi)啟MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)之后，對(duì)其中的taob表進(jìn)行查詢，得到了如下的輸出：

可以看到，taob表中有四個(gè)字段。其中title字段用于存儲(chǔ)淘寶商品的名稱;link字段存儲(chǔ)淘寶商品的鏈接;price存儲(chǔ)淘寶商品的價(jià)格;comment存儲(chǔ)淘寶商品的評(píng)論數(shù)(一定程度上代表商品的銷量)。

那么接下來(lái)如何將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)來(lái)?首先通過(guò)pymysql連接數(shù)據(jù)庫(kù)(如果出現(xiàn)亂碼，則對(duì)pymysql的源碼進(jìn)行修改)，連接成功后，將taob中的數(shù)據(jù)全部檢索出來(lái)，然后借助pandas中的read_sql()方法便可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到內(nèi)存中。read_sql()方法有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是sql語(yǔ)句，第二個(gè)參數(shù)是MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的連接信息。具體代碼如下圖：

1、缺失值處理實(shí)戰(zhàn)

對(duì)缺失值進(jìn)行處理可以采用數(shù)據(jù)清洗的方式。以上面的淘寶商品數(shù)據(jù)為例，某件商品的評(píng)論數(shù)可能為0，但是它的價(jià)格卻不可能為0。然而實(shí)際上在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存在一些price值為0的數(shù)據(jù)，之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)閷?duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)的價(jià)格屬性沒(méi)有爬到。

那么如何才能判斷出這些數(shù)據(jù)出現(xiàn)了缺失值呢?可以通過(guò)以下的方法來(lái)進(jìn)行判別：首先對(duì)于之前的taob表調(diào)用data.describe()方法，會(huì)出現(xiàn)如下圖所示的結(jié)果：

如何看懂這個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果?第一步要注意觀察price和comment字段的count數(shù)據(jù)，如果兩者不相等，說(shuō)明一定有信息缺失;如果兩者相等，則暫時(shí)無(wú)法看出是否有缺失情況。例如price的count為9616.0000，而comment的count為9615.0000，說(shuō)明評(píng)論數(shù)據(jù)至少缺失了一條。

其他各個(gè)字段的含義分別為：mean代表平均數(shù);std代表標(biāo)準(zhǔn)差;min代表最小值;max代表最大值。

那么如何對(duì)這些缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?一種方法是刪掉這些數(shù)據(jù)，還有一種方法是在缺失值處插入一個(gè)新值。第二種方法中的值可以是平均數(shù)或者中位數(shù)，而具體使用平均數(shù)還是中位數(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)決定。例如年齡這個(gè)數(shù)據(jù)(1到100歲)，這類平穩(wěn)、變化的級(jí)差不大的數(shù)據(jù)，一般插入平均數(shù)，而變化的間隔比較大的數(shù)據(jù)，一般插入中位數(shù)。

處理價(jià)格的缺失值的具體操作如下：

2、異常值處理實(shí)戰(zhàn)

跟缺失值的處理過(guò)程類似，想要處理異常值，首先要發(fā)現(xiàn)異常值。而異常值的發(fā)現(xiàn)往往是通過(guò)畫(huà)散點(diǎn)圖的方法，因?yàn)橄嗨频臄?shù)據(jù)會(huì)在散點(diǎn)圖中集中分布到一塊區(qū)域，而異常的數(shù)據(jù)會(huì)分布到遠(yuǎn)離這塊區(qū)域的地方。根據(jù)這個(gè)性質(zhì)，可以很方便的找到數(shù)據(jù)中的異常值。具體操作如下圖：

首先需要從數(shù)據(jù)中抽出價(jià)格數(shù)據(jù)和評(píng)論數(shù)據(jù)。通常的做法可以借助循環(huán)去抽取，但是這種方法太復(fù)雜，有一種簡(jiǎn)單的方法是這個(gè)數(shù)據(jù)框進(jìn)行轉(zhuǎn)置，這時(shí)候原先的列數(shù)據(jù)就變成了現(xiàn)在的行數(shù)據(jù)，可以很方便的獲取價(jià)格數(shù)據(jù)和評(píng)論數(shù)據(jù)。接下來(lái)通過(guò)plot()方法繪制散點(diǎn)圖，plot()方法第一個(gè)參數(shù)代表橫坐標(biāo)，第二個(gè)參數(shù)代表縱坐標(biāo)，第三個(gè)參數(shù)代表圖的類型，”o”代表散點(diǎn)圖。最后通過(guò)show()方法將其展現(xiàn)出來(lái)，這樣就可以直觀的觀測(cè)到離群點(diǎn)。這些離群點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析沒(méi)有幫助，在實(shí)際操作中往往需要將這些離群點(diǎn)代表的數(shù)據(jù)刪除或者轉(zhuǎn)成正常的值。下圖是繪制的散點(diǎn)圖：

根據(jù)上圖所示，將評(píng)論大于100000，價(jià)格大于1000的數(shù)據(jù)都處理掉，就可以達(dá)到處理異常值的效果。而具體的兩種處理方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

第一種是改值法，將其改為中位數(shù)、平均數(shù)或者其他的值。具體操作如下圖所示：

第二種是刪除處理法，即直接刪除這些異常數(shù)據(jù)，也是推薦使用的一種方法。具體操作如下圖所示：

3、分布分析

分布分析是指對(duì)數(shù)據(jù)的分布狀態(tài)進(jìn)行分析，即觀察其是線性分布還是正態(tài)分布。一般采用畫(huà)直方圖的方式來(lái)進(jìn)行分布分析。直方圖的繪制有以下幾個(gè)步驟：計(jì)算極差、計(jì)算組距和繪制直方圖。具體的操作如下圖所示：

其中，借助arrange()方法來(lái)制定樣式，arrange()方法第一個(gè)參數(shù)代表最小值，第二個(gè)參數(shù)代表最大值，第三個(gè)參數(shù)代表組距，接下來(lái)使用hist()方法來(lái)繪制直方圖。

taob表中的淘寶商品價(jià)格直方圖如下圖所示，大致上符合正態(tài)分布：

taob表中的淘寶商品評(píng)論直方圖如下圖所示，大致上是遞減的曲線：

4、詞云圖的繪制

有的時(shí)候常常需要根據(jù)一段文本信息來(lái)進(jìn)行詞云圖的繪制，繪制的具體操作如下圖：

實(shí)現(xiàn)的大致流程是：先使用cut()對(duì)文檔進(jìn)行切詞，在切詞完成之后，將這些詞語(yǔ)整理為固定格式，然后根據(jù)所需的詞云圖的展現(xiàn)形式讀取相應(yīng)的圖片(下圖中的詞云圖是貓的形狀)，接著使用wc.WordCloud()進(jìn)行詞云圖的轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)imshow()展現(xiàn)出相應(yīng)的詞云圖。例如根據(jù)老九門.txt文檔繪制的詞云圖效果如下圖所示：

三、常見(jiàn)分類算法介紹

常見(jiàn)的分類算法有很多，如下圖所示：

其中KNN算法和貝葉斯算法都是較為重要的算法，除此之外還有其他的一些算法，如決策樹(shù)算法、邏輯回歸算法和SVM算法。Adaboost算法主要是用于弱分類算法改造成強(qiáng)分類算法。

四、對(duì)鳶尾花進(jìn)行分類案例實(shí)戰(zhàn)

假如現(xiàn)有一些鳶尾花的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包含了鳶尾花的一些特征，如花瓣長(zhǎng)度、花瓣寬度、花萼長(zhǎng)度和花萼寬度這四個(gè)特征。有了這些歷史數(shù)據(jù)之后，可以利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類模型的訓(xùn)練，在模型訓(xùn)練完成后，當(dāng)新出現(xiàn)一朵不知類型的鳶尾花時(shí)，便可以借助已訓(xùn)練的模型判斷出這朵鳶尾花的類型。這個(gè)案例有著不同的實(shí)現(xiàn)方法，但是借助哪種分類算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)會(huì)更好呢?

1、KNN算法

(1)、KNN算法簡(jiǎn)介

首先考慮這樣一個(gè)問(wèn)題，在上文的淘寶商品中，有三類商品，分別是零食、名牌包包和電器，它們都有兩個(gè)特征：price和comment。按照價(jià)格來(lái)排序，名牌包包最貴，電器次之，零食最便宜;按照評(píng)論數(shù)來(lái)排序，零食評(píng)論數(shù)最多，電器次之，名牌包包最少。然后以price為x軸、comment為y軸建立直角坐標(biāo)系，將這三類商品的分布繪制在坐標(biāo)系中，如下圖所示：

顯然可以發(fā)現(xiàn)，這三類商品都集中分布在不同的區(qū)域。如果現(xiàn)在出現(xiàn)了一個(gè)已知其特征的新商品，用?表示這個(gè)新商品。根據(jù)其特征，該商品在坐標(biāo)系映射的位置如圖所示，問(wèn)該商品最有可能是這三類商品中的哪種?

這類問(wèn)題可以采用KNN算法進(jìn)行解決，該算法的實(shí)現(xiàn)思路是，分別計(jì)算未知商品到其他各個(gè)商品的歐幾里得距離之和，然后進(jìn)行排序，距離之和越小，說(shuō)明該未知商品與這類商品越相似。例如在經(jīng)過(guò)計(jì)算之后，得出該未知商品與電器類的商品的歐幾里得距離之和最小，那么就可以認(rèn)為該商品屬于電器類商品。

(2)實(shí)現(xiàn)方式

上述過(guò)程的具體實(shí)現(xiàn)如下：

當(dāng)然也可以直接調(diào)包，這樣更加簡(jiǎn)潔和方便，缺點(diǎn)在于使用的人無(wú)法理解它的原理：

(3)使用KNN算法解決鳶尾花的分類問(wèn)題

首先加載鳶尾花數(shù)據(jù)。具體有兩種加載方案，一種是直接從鳶尾花數(shù)據(jù)集中讀取，在設(shè)置好路徑之后，通過(guò)read_csv()方法進(jìn)行讀取，分離數(shù)據(jù)集的特征和結(jié)果，具體操作如下：

還有一種加載方法是借助sklearn來(lái)實(shí)現(xiàn)加載。sklearn的datasets中自帶有鳶尾花的數(shù)據(jù)集，通過(guò)使用datasets的load_iris()方法就可以將數(shù)據(jù)加載出來(lái)，隨后同樣獲取特征和類別，然后進(jìn)行訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的分離(一般做交叉驗(yàn)證)，具體是使用train_test_split()方法進(jìn)行分離，該方法第三個(gè)參數(shù)代表測(cè)試比例，第四個(gè)參數(shù)是隨機(jī)種子，具體操作如下：

在加載完成之后，就可以調(diào)用上文中提到的KNN算法進(jìn)行分類了。

2、貝葉斯算法

(1)、貝葉斯算法的介紹

首先介紹樸素貝葉斯公式：P(B|A)=P(A|B)P(B)/P(A)。假如現(xiàn)在有一些課程的數(shù)據(jù)，如下表所示，價(jià)格和課時(shí)數(shù)是課程的特征，銷量是課程的結(jié)果，若出現(xiàn)了一門新課，其價(jià)格高且課時(shí)多，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)新課的銷量。

顯然這個(gè)問(wèn)題屬于分類問(wèn)題。先對(duì)表格進(jìn)行處理，將特征一與特征二轉(zhuǎn)化成數(shù)字，即0代表低，1代表中，2代表高。在進(jìn)行數(shù)字化之后，[[t1,t2],[t1,t2],[t1,t2]]——[[0,2],[2,1],[0,0]]，然后對(duì)這個(gè)二維列表進(jìn)行轉(zhuǎn)置(便于后續(xù)統(tǒng)計(jì))，得到[[t1,t1,t1],[t2,t2,t2]]——-[[0,2,0],[2,1,0]]。其中[0,2,0]代表著各個(gè)課程價(jià)格，[2,1,0]代表各個(gè)課程的課時(shí)數(shù)。

而原問(wèn)題可以等價(jià)于求在價(jià)格高、課時(shí)多的情況下，新課程銷量分別為高、中、低的概率。即P(C|AB)=P(AB|C)P(C)/P(AB)=P(A|C)P(B|C)P(C)/P(AB)=》P(A|C)P(B|C)P(C)，其中C有三種情況：c0=高，c1=中，c2=低。而最終需要比較P(c0|AB)、P(c1|AB)和P(c2|AB)這三者的大小，又

• P(c0|AB)=P(A|C0)P(B|C0)P(C0)=2/4*2/4*4/7=1/7
• P(c1|AB)=P(A|C1)P(B|C1)P(C1)=0=0
• P(c2|AB)=P(A|C2)P(B|C2)P(C2)=0=0

顯然P(c0|AB)最大，即可預(yù)測(cè)這門新課的銷量為高。

(2)、實(shí)現(xiàn)方式

跟KNN算法一樣，貝葉斯算法也有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)：

另一種是集成的實(shí)現(xiàn)方式：

3、決策樹(shù)算法

決策樹(shù)算法是基于信息熵的理論去實(shí)現(xiàn)的，該算法的計(jì)算流程分為以下幾個(gè)步驟：

• (1)先計(jì)算總信息熵
• (2)計(jì)算各個(gè)特征的信息熵
• (3)計(jì)算E以及信息增益，E=總信息熵-信息增益，信息增益=總信息熵-E
• (4)E如果越小，信息增益越大，不確定因素越小

決策樹(shù)是指對(duì)于多特征的數(shù)據(jù)，對(duì)于第一個(gè)特征，是否考慮這個(gè)特征(0代表不考慮，1代表考慮)會(huì)形成一顆二叉樹(shù)，然后對(duì)第二個(gè)特征也這么考慮…直到所有特征都考慮完，最終形成一顆決策樹(shù)。如下圖就是一顆決策樹(shù)：

決策樹(shù)算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：首先取出數(shù)據(jù)的類別，然后對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化描述的方式(例如將“是”轉(zhuǎn)化成1，“否”轉(zhuǎn)化成0)，借助于sklearn中的DecisionTreeClassifier建立決策樹(shù)，使用fit()方法進(jìn)行數(shù)據(jù)訓(xùn)練，訓(xùn)練完成后直接使用predict()即可得到預(yù)測(cè)結(jié)果，最后使用export_graphviz進(jìn)行決策樹(shù)的可視化。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下圖所示：

4、邏輯回歸算法

邏輯回歸算法是借助于線性回歸的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。假如存在一個(gè)線性回歸函數(shù)：y=a1x1+a2x2+a3x3+…+anxn+b，其中x1到xn代表的是各個(gè)特征，雖然可以用這條直線去擬合它，但是由于y范圍太大，導(dǎo)致其魯棒性太差。若想實(shí)現(xiàn)分類，需要縮小y的范圍到一定的空間內(nèi)，如[0,1]。這時(shí)候通過(guò)換元法可以實(shí)現(xiàn)y范圍的縮?。?/p>

• 令y=ln(p/(1-p))
• 那么：e^y=e^(ln(p/(1-p)))
• => e^y=p/(1-p)
• =>e^y*(1-p)=p => e^y-p*e^y=p
• => e^y=p(1+e^y)
• => p=e^y/(1+e^y)
• => p屬于[0,1]

這樣y就降低了范圍，從而實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)分類，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)邏輯回歸。

邏輯回歸算法對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下圖所示：

5、SVM算法

SVM算法是一種精準(zhǔn)分類的算法，但是其可解釋性并不強(qiáng)。它可以將低維空間線性不可分的問(wèn)題，變?yōu)楦呶豢臻g上的線性可分。SVM算法的使用十分簡(jiǎn)單，直接導(dǎo)入SVC，然后訓(xùn)練模型，并進(jìn)行預(yù)測(cè)。具體操作如下：

盡管實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，然而該算法的關(guān)鍵卻在于如何選擇核函數(shù)。核函數(shù)可分為以下幾類，各個(gè)核函數(shù)也適用于不同的情況：

• (1)線性核函數(shù)
• (2)多項(xiàng)式核函數(shù)
• (3)徑向基核函數(shù)
• (4)Sigmoid核函數(shù)

對(duì)于不是特別復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可以采用線性核函數(shù)或者多項(xiàng)式核函數(shù)。對(duì)于復(fù)雜的數(shù)據(jù)，則采用徑向基核函數(shù)。采用各個(gè)核函數(shù)繪制的圖像如下圖所示：

5、Adaboost算法

假如有一個(gè)單層決策樹(shù)的算法，它是一種弱分類算法(準(zhǔn)確率很低的算法)。如果想對(duì)這個(gè)弱分類器進(jìn)行加強(qiáng)，可以使用boost的思想去實(shí)現(xiàn)，比如使用Adaboost算法，即進(jìn)行多次的迭代，每次都賦予不同的權(quán)重，同時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤率的計(jì)算并調(diào)整權(quán)重，最終形成一個(gè)綜合的結(jié)果。

Adaboost算法一般不單獨(dú)使用，而是組合使用，來(lái)加強(qiáng)那些弱分類的算法。

五、分類算法的選擇思路與技巧

首先看是二分類還是多分類問(wèn)題，如果是二分類問(wèn)題，一般這些算法都可以使用;如果是多分類問(wèn)題，則可以使用KNN和貝葉斯算法。其次看是否要求高可解釋性，如果要求高可解釋性，則不能使用SVM算法。再看訓(xùn)練樣本數(shù)量、再看訓(xùn)練樣本數(shù)量，如果訓(xùn)練樣本的數(shù)量太大，則不適合使用KNN算法。最后看是否需要進(jìn)行弱-強(qiáng)算法改造，如果需要?jiǎng)t使用Adaboost算法，否則不使用Adaboost算法。如果不確定，可以選擇部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，并進(jìn)行模型評(píng)價(jià)(耗時(shí)和準(zhǔn)確率)。

綜上所述，可以總結(jié)出各個(gè)分類算法的優(yōu)缺點(diǎn)為：

• KNN：多分類，惰性調(diào)用，不宜訓(xùn)練數(shù)據(jù)過(guò)大
• 貝葉斯：多分類，計(jì)算量較大，特征間不能相關(guān)
• 決策樹(shù)算法：二分類，可解釋性非常好
• 邏輯回歸算法：二分類，特征之間是否具有關(guān)聯(lián)無(wú)所謂
• SVM算法：二分類，效果比較不錯(cuò)，但可解釋性欠缺
• Adaboost算法：適用于對(duì)弱分類算法進(jìn)行加強(qiáng)

韋瑋，企業(yè)家，資深I(lǐng)T領(lǐng)域?qū)＜?講師/作家，暢銷書(shū)《精通Python網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)》作者，阿里云社區(qū)技術(shù)專家。