2023美国大学生数学建模竞赛ABCDEF题思路分析

简介: 2023美国大学生数学建模竞赛ABCDEF题思路分析

2023美国大学生数学建模竞赛思路分析

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数据数据一用提供了3个csv文件:

附件1:123家有信贷记录企业的相关数据.xlsx

附件2:302家无信贷记录企业的相关数据.xlsx

附件3:银行贷款年利率与客户流失率关系的统计数据.xlsx

观察数据import pandas as pdimport numpy as np

df1_1 = pd.read_excel('../data/附件1:123家有信贷记录企业的相关数据.xlsx',sheet_name=0)df1_2 = pd.read_excel('../data/附件1:123家有信贷记录企业的相关数据.xlsx',sheet_name=1)df1_3 = pd.read_excel('../data/附件1:123家有信贷记录企业的相关数据.xlsx',sheet_name=2)

df2_1 = pd.read_excel('../data/附件2:302家无信贷记录企业的相关数据.xlsx',sheet_name=0)df2_2 = pd.read_excel('../data/附件2:302家无信贷记录企业的相关数据.xlsx',sheet_name=1)df2_3 = pd.read_excel('../data/附件2:302家无信贷记录企业的相关数据.xlsx',sheet_name=2)

df3 = pd.read_excel('../data/附件3:银行贷款年利率与客户流失率关系的统计数据.xlsx',sheet_name=0)

display(df1_1.head())display(df1_2.head())display(df1_3.head())

display(df2_1.head())display(df2_2.head())display(df2_3.head())

建模每个企业生存年限'''每家公司的成立年限,第一张发票时间到最后一张发票时间的差值,以月为单位'''

支出表生存年限

live_time2 = df1_2[['企业代号','开票日期']]live_time2_min = live_time2.groupby('企业代号').min().reset_index()live_time2_max = live_time2.groupby('企业代号').max().reset_index()live_time2 = pd.merge(live_time2_max,live_time2_min,on='企业代号')live_time2['生存年限1'] = live_time2['开票日期x'] - live_time2['开票日期y']

收入表生存年限

live_time3 = df1_3[['企业代号','开票日期']]live_time3_min = live_time3.groupby('企业代号').min().reset_index()live_time3_max = live_time3.groupby('企业代号').max().reset_index()live_time3 = pd.merge(live_time3_max,live_time3_min,on='企业代号')live_time3['生存年限2'] = live_time3['开票日期x'] - live_time3['开票日期y']

找出生存年限最大的值作为生存年限

live_time = pd.merge(live_time2,live_time3,on='企业代号')[['企业代号','生存年限1','生存年限2']]x1 = list(live_time['生存年限1'])x2 = list(live_time['生存年限2'])x = []for i in range(len(x1)):   if x1[i] >= x2[i]:       x.append(x1[i])   else:       x.append(x2[i])company_id = pd.DataFrame(live_time['企业代号'])x = pd.DataFrame(x,columns=['生存年限'])live_time = company_id.join(x)

生存年限转为月份

live_time['生存年限'] = live_time['生存年限'].astype(str)live_time['生存年限'] = live_time['生存年限'].str.split().str.get(0)live_time['生存年限'] = live_time['生存年限'].map(lambda x: str(int(x) // 30) + '月')live_time.head()

客户量计算收入的发票数有多少

ustomer = df1_3[['企业代号','购方单位代号','发票状态']]customer = customer[customer['发票状态'] == '有效发票']customer = customer.drop_duplicates(subset=['企业代号','购方单位代号'])customer = customer.groupby('企业代号')['购方单位代号'].count().reset_index()customer.rename(columns={'购方单位代号': '客户数'},inplace=True)customer.head()

公司类别

查看公司名字中都有哪些词

company = df1_1[['企业代号','企业名称']]company_name = list(company['企业名称'])company_name = ' '.join(company_name).replace('*','').\                   replace('有限公司','').replace('责任公司','').\                   replace('分公司','')

词云

import jiebaimport wordcloudfrom scipy.misc import imreadw = wordcloud.WordCloud(background_color = 'white',                       width = 1000,height = 700,                       font_path = 'msyh.ttc',                       )w.generate(company_name)w.to_file('../output/公司名称词云.png')# 定义企业类型,销项,中小微table = {   '餐饮业':{'销项价税合计(年)':{'中':[2000,'正无穷'],                              '小':[100,2000],                              '微':['负无穷',100]}},   '仓储业':{'销项价税合计(年)':{'中':[1000,'正无穷'],                              '小':[100,1000],                              '微':['负无穷',100]}},   '信息传输业':{'销项价税合计(年)':{'中':[1000,'正无穷'],                              '小':[100,1000],                              '微':['负无穷',100]}},   '软件和信息技术服务业':{'销项价税合计(年)':{'中':[1000,'正无穷'],                              '小':[50,1000],                              '微':['负无穷',50]}},   '房地产开发经营':{'销项价税合计(年)':{'中':[5000,'正无穷'],                              '小':[2000,5000],                              '微':['负无穷',2000]}},   '物业管理':{'销项价税合计(年)':{'中':[1000,'正无穷'],                              '小':[500,1000],                              '微':['负无穷',500]}},   '租赁和上午服务业':{'销项价税合计(年)':{'中':[8000,'正无穷'],                              '小':[100,8000],                              '微':['负无穷',100]}},   '农林牧渔业':{'销项价税合计(年)':{'中':[500,'正无穷'],                              '小':[50,500],                              '微':['负无穷',50]}},   '工业':{'销项价税合计(年)':{'中':[2000,'正无穷'],                              '小':[300,2000],                              '微':['负无穷',300]}},   '建筑业':{'销项价税合计(年)':{'中':[5000,'正无穷'],                              '小':[300,5000],                              '微':['负无穷',300]}},   '批发业':{'销项价税合计(年)':{'中':[5000,'正无穷'],                              '小':[1000,5000],                              '微':['负无穷',1000]}},   '零售业':{'销项价税合计(年)':{'中':[500,'正无穷'],                              '小':[100,500],                              '微':['负无穷',100]}},   '交通运输业':{'销项价税合计(年)':{'中':[3000,'正无穷'],                              '小':[200,3000],                              '微':['负无穷',200]}},   '邮政业':{'销项价税合计(年)':{'中':[2000,'正无穷'],                              '小':[100,2000],                              '微':['负无穷',100]}},   '住宿业':{'销项价税合计(年)':{'中':[2000,'正无穷'],                              '小':[100,2000],                              '微':['负无穷',100]}},   '其他':{'销项价税合计(年)':{'中':[2562,'正无穷'],                              '小':[325,2562],                              '微':['负无穷',325]}},}    if ('工程' in s):       return '建筑业'   if ('木' in s) or ('林' in s) or ('花' in s) or ('农' in s):       return '农、林、牧、渔业'   if ('矿' in s):       return '采矿业'   else:       return '其他'company['企业类别'] = company['企业名称'].map(kind)company

信誉等级时序图ank = df1_3[df1_3['发票状态'] == '有效发票']rank = rank[['企业代号','开票日期','价税合计']]

开票日期转换为年月

rank['year'] = rank['开票日期'].dt.yearrank['year'] = rank['year'].astype(str)rank['month'] = rank['开票日期'].dt.monthrank['month'] = rank['month'].astype(str)rank['开票日期'] = rank['year'] + '-' + rank['month']

rank = rank.groupby(['企业代号','开票日期'])['价税合计'].sum().reset_index()rank = pd.merge(rank,df1_1,on='企业代号',how='left')rank.head()

rank_a = rank[rank['信誉评级'] == 'A']

import seaborn as snsimport matplotlib.pyplot as plt

设置这些配置,图标才能正常显示

#%matplotlib inline # 让图表直接在 jupyter notebook 中展现出来plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei'] # 解决中文乱码问题plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # 解决负号无法正常显示的问题%config InlineBackend.figure_format = 'svg' # 将图标设置成矢量图格式显示,会更清晰plt.style.use('ggplot') # 设置绘图样式#display(plt.style.available) # 风格

fig = plt.figure(figsize=(5,4), dpi=100)sns_line_a=sns.lineplot(x="开票日期", y="价税合计",                 hue="企业代号",data=rank_a,                 markers=True, dashes=False)sns_line_a

rank_b = rank[rank['信誉评级'] == 'B']fig = plt.figure(figsize=(5,4), dpi=100)sns_line_b=sns.lineplot(x="开票日期", y="价税合计",                 hue="企业代号",data=rank_b,                 markers=True, dashes=False)sns_line_b

rank_c = rank[rank['信誉评级'] == 'C']fig = plt.figure(figsize=(5,4), dpi=100)sns_line_c=sns.lineplot(x="开票日期", y="价税合计",                 hue="企业代号",data=rank_c,                 markers=True, dashes=False)sns_line_c

rank_d = rank[rank['信誉评级'] == 'D']fig = plt.figure(figsize=(5,4), dpi=100)sns_line_d=sns.lineplot(x="开票日期", y="价税合计",                 hue="企业代号",data=rank_d,                 markers=True, dashes=False)sns_line_d

企业进项,作废发票数,有效发票数bill_outcome = df1_2[['企业代号','价税合计','发票状态']]

有效发票数

yes_bill_outcome = bill_outcome[bill_outcome['发票状态'] == '有效发票']yes_bill_outcome = yes_bill_outcome.groupby('企业代号')['发票状态'].count()yes_bill_outcome = yes_bill_outcome.reset_index()

作废发票数

no_bill_outcome = bill_outcome[bill_outcome['发票状态'] == '作废发票']no_bill_outcome = no_bill_outcome.groupby('企业代号')['发票状态'].count()no_bill_outcome = no_bill_outcome.reset_index()

进项有效,作废发票数汇总

bill_outcome = pd.merge(yes_bill_outcome,no_bill_outcome,on='企业代号',                      how='left')bill_outcome.rename(columns={'发票状态x' : '进项有效发票数',                           '发票状态y' : '进项作废发票数'},                           inplace=True)bill_outcome.head()

企业销项作废发票数,有效发票数bill_income = df1_3[['企业代号','价税合计','发票状态']]

有效发票数

yes_bill_income = bill_income[bill_income['发票状态'] == '有效发票']yes_bill_income = yes_bill_income.groupby('企业代号')['发票状态'].count()yes_bill_income = yes_bill_income.reset_index()

作废发票数

no_bill_income = bill_income[bill_income['发票状态'] == '作废发票']no_bill_income = no_bill_income.groupby('企业代号')['发票状态'].count()no_bill_income = no_bill_income.reset_index()

进项有效,作废发票数汇总

bill_income = pd.merge(yes_bill_income,no_bill_income,on='企业代号',                     how='left')bill_income.rename(columns={'发票状态x' : '销项有效发票数',                           '发票状态y' : '销项作废发票数'},                           inplace=True)bill_income.head()

企业进项价,销项税合计

进项

outcome_sum = df1_2[['企业代号','价税合计']]outcome_sum = outcome_sum.groupby('企业代号')['价税合计'].sum().reset_index()

销项

income_sum = df1_3[['企业代号','价税合计']]income_sum = income_sum.groupby('企业代号')['价税合计'].sum().reset_index()

进项,销项汇总

outcome_income_sum = pd.merge(outcome_sum,income_sum,on='企业代号')outcome_income_sum.rename(columns={'价税合计x' : '进项价税合计',                                 '价税合计y' : '销项价税合计'},inplace=True)outcome_income_sum.head()

变量汇总'''字段为:企业代号,企业名称,信誉评级,是否违约,进项合计,销项合计,进项有效发票数,进项作废发票数,销项有效发票数,进项作废发票数,成立时间,客户量'''import mathdata = pd.merge(df1_1,live_time,on='企业代号')data = pd.merge(data,customer,on='企业代号')data = pd.merge(data,bill_outcome,on='企业代号')data = pd.merge(data,bill_income,on='企业代号')data = pd.merge(data,outcome_income_sum,on='企业代号')data['利润'] = data['销项价税合计'] - data['进项价税合计']data['生存年限'] = data['生存年限'].map(lambda x: int(x.replace('月','')))data['生存年限'] = data['生存年限'].map(lambda x: math.ceil(x / 12))data['收益率'] = (data['销项价税合计'] - data['进项价税合计']) / data['进项价税合计']data['收益率'] = data['收益率'] / data['生存年限']data.to_excel('../data/data.xlsx',encoding='utf8',index=False)

LCR 模型,KMeans 聚类LCR 建模data.head()

'''LCR 模型变量选取L 成立年限C 客户数R 收益率'''LCR = data[['生存年限','客户数','收益率']]#LCR['生存年限'] = LCR['生存年限'].map(lambda x: int(x.replace('月','')))LCR.head()

聚类模型对企业分类'''from sklearn.cluster import KMeanskms = KMeans(n_clusters=4)kms.fit(LCR)label = kms.labels_label = pd.DataFrame(list(label))

把企业类别汇总到 data.xlsx,并保存为 new_data.xlsx

data['种类'] = labeldata.to_excel('../data/data_Kmeans.xlsx')data.head()

聚类结果可视化

0 类型

kind_0 = data[data['种类'] == 0]#kind_0['生存年限'] = kind_0['生存年限'].map(lambda x: int(x.replace('月','')))kind_0 = kind_0[["生存年限","客户数","收益率"]].mean()kind_0

1 类型

kind_1 = data[data['种类'] == 1]#kind_1['生存年限'] = kind_1['生存年限'].map(lambda x: int(x.replace('月','')))kind_1 = kind_1[["生存年限","客户数","收益率"]].mean()kind_1

2 类型

kind_2 = data[data['种类'] == 2]#kind_2['生存年限'] = kind_2['生存年限'].map(lambda x: int(x.replace('月','')))kind_2 = kind_2[["生存年限","客户数","收益率"]].mean()kind_2

kind_3 = data[data['种类'] == 3]#kind_3['生存年限'] = kind_3['生存年限'].map(lambda x: int(x.replace('月','')))kind_3 = kind_3[["生存年限","客户数","收益率"]].mean()kind_3

雷达图

from pyecharts import options as optsfrom pyecharts.globals import ThemeTypefrom pyecharts.charts import Radar

value_0 = [   list(kind_0.values)]value_1 = [   list(kind_1.values)]value_2 = [   list(kind_2.values)]value_3 = [   list(kind_3.values)]c_schema = [   {"name": "成立年限", "max": 5, "min": 0},   {"name": "客户数", "max": 8500, "min": 0},   {"name": "收益率", "max": 4425, "min": 0},]c = (   Radar(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.DARK))   .add_schema(schema=c_schema, shape="circle")   .add("0", value_0, color="#f9713c")   .add("1", value_1, color="#b3e4a1")   .add("2", value_2, color="#bd10e0")   .add("3", value_3, color="#FFFF00")   .set_series_opts(label_opts=opts.LabelOpts(is_show=False))   .set_global_opts(title_opts=opts.TitleOpts(title="企业聚类结果")))c.render('../output/聚类结果.html')c.render_notebook()

建立 KNN 分类模型预测附件2 企业等级附件1最终数据作为训练集

data = data.fillna(0)

x_train = data.drop(columns=['企业代号','企业名称','信誉评级','是否违约','种类'])y_train = data['信誉评级']

模型建立

from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier as KNNknn = KNN(n_neighbors=2) # 当有一个新样本时,选取离他最近的 3 个,类别最多的,那新样本也属于这个类别knn.fit(x_train,y_train)

预测准确度评估

an = knn.predict(x_train)from sklearn.metrics import accuracy_scorescore = accuracy_score(an, y_train)score

附件2处理为需要用到的数据

'''每家公司的成立年限,第一张发票时间到最后一张发票时间的差值,以月为单位'''

支出表生存年限

live_time2 = df2_2[['企业代号','开票日期']]live_time2_min = live_time2.groupby('企业代号').min().reset_index()live_time2_max = live_time2.groupby('企业代号').max().reset_index()live_time2 = pd.merge(live_time2_max,live_time2_min,on='企业代号')live_time2['生存年限1'] = live_time2['开票日期x'] - live_time2['开票日期y']

收入表生存年限

live_time3 = df2_3[['企业代号','开票日期']]live_time3_min = live_time3.groupby('企业代号').min().reset_index()live_time3_max = live_time3.groupby('企业代号').max().reset_index()live_time3 = pd.merge(live_time3_max,live_time3_min,on='企业代号')live_time3['生存年限2'] = live_time3['开票日期x'] - live_time3['开票日期y']

找出生存年限最大的值作为生存年限

live_time = pd.merge(live_time2,live_time3,on='企业代号')[['企业代号','生存年限1','生存年限2']]x1 = list(live_time['生存年限1'])x2 = list(live_time['生存年限2'])x = []for i in range(len(x1)):   if x1[i] >= x2[i]:       x.append(x1[i])   else:       x.append(x2[i])company_id = pd.DataFrame(live_time['企业代号'])x = pd.DataFrame(x,columns=['生存年限'])live_time = company_id.join(x)

生存年限转为月份

live_time['生存年限'] = live_time['生存年限'].astype(str)live_time['生存年限'] = live_time['生存年限'].str.split().str.get(0)live_time['生存年限'] = live_time['生存年限'].map(lambda x: str(int(x) // 30) + '月')

'''客户量:计算收入的发票数有多少'''customer = df2_2[['企业代号','购方单位代号','发票状态']]customer = customer[customer['发票状态'] == '有效发票']customer = customer.drop_duplicates(subset=['企业代号','购方单位代号'])customer = customer.groupby('企业代号')['购方单位代号'].count().reset_index()customer.rename(columns={'购方单位代号': '客户数'},inplace=True)

'''每个企业的进项,作废发票数,有效发票数'''bill_outcome = df2_3[['企业代号','价税合计','发票状态']]

有效发票数

yes_bill_outcome = bill_outcome[bill_outcome['发票状态'] == '有效发票']yes_bill_outcome = yes_bill_outcome.groupby('企业代号')['发票状态'].count()yes_bill_outcome = yes_bill_outcome.reset_index()

作废发票数

no_bill_outcome = bill_outcome[bill_outcome['发票状态'] == '作废发票']no_bill_outcome = no_bill_outcome.groupby('企业代号')['发票状态'].count()no_bill_outcome = no_bill_outcome.reset_index()

进项有效,作废发票数汇总

bill_outcome = pd.merge(yes_bill_outcome,no_bill_outcome,on='企业代号',                      how='left')bill_outcome.rename(columns={'发票状态x' : '进项有效发票数',                           '发票状态y' : '进项作废发票数'},                           inplace=True)

'''每个企业的销项作废发票数,有效发票数'''bill_income = df2_3[['企业代号','价税合计','发票状态']]

有效发票数

yes_bill_income = bill_income[bill_income['发票状态'] == '有效发票']yes_bill_income = yes_bill_income.groupby('企业代号')['发票状态'].count()yes_bill_income = yes_bill_income.reset_index()

作废发票数

no_bill_income = bill_income[bill_income['发票状态'] == '作废发票']no_bill_income = no_bill_income.groupby('企业代号')['发票状态'].count()no_bill_income = no_bill_income.reset_index()

进项有效,作废发票数汇总

bill_income = pd.merge(yes_bill_income,no_bill_income,on='企业代号',                     how='left')bill_income.rename(columns={'发票状态x' : '销项有效发票数',                           '发票状态y' : '销项作废发票数'},                           inplace=True)

'''每个企业进项价,销项税合计'''

进项

outcome_sum = df2_2[['企业代号','价税合计']]outcome_sum = outcome_sum.groupby('企业代号')['价税合计'].sum().reset_index()

销项

income_sum = df2_3[['企业代号','价税合计']]income_sum = income_sum.groupby('企业代号')['价税合计'].sum().reset_index()

进项,销项汇总

outcome_income_sum = pd.merge(outcome_sum,income_sum,on='企业代号')outcome_income_sum.rename(columns={'价税合计x' : '进项价税合计',                                 '价税合计y' : '销项价税合计'},inplace=True)

'''变量汇总'''import mathdata1 = pd.merge(df2_1,live_time,on='企业代号')data1 = pd.merge(data1,customer,on='企业代号')data1 = pd.merge(data1,bill_outcome,on='企业代号')data1 = pd.merge(data1,bill_income,on='企业代号')data1 = pd.merge(data1,outcome_income_sum,on='企业代号')data1['利润'] = data1['销项价税合计'] - data1['进项价税合计']data1['生存年限'] = data1['生存年限'].map(lambda x: int(x.replace('月','')))data1['生存年限'] = data1['生存年限'].map(lambda x: math.ceil(x / 12))data1['收益率'] = (data1['销项价税合计'] - data1['进项价税合计']) / data1['进项价税合计']data1['收益率'] = data1['收益率'] / data['生存年限']data1.to_excel('../data/data2.xlsx',encoding='utf8',index=False)

2023美国大学生数学建模竞赛思路分析

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