卡方分箱、KS分箱、最优IV分箱、树结构分箱、自定义分箱

简介: 卡方分箱、KS分箱、最优IV分箱、树结构分箱、自定义分箱

分箱

分箱的概念

什么是分箱?如果你初入机器学习的道路,你可能比较的懵逼,为什么要分箱?


数据分箱指的是将连续数据离散化;离散化对异常值具有鲁棒性,运算更快方便存储,而且特征可变性更强方便迭代,特征离散后的模型更加稳定。

那是因为分箱对有些模型带来的好处比起调参优化都要来的直接

举个例子

决策树可以构建更为复杂的数据模型,但这强烈依赖于数据表示。有一种方法可以让线性模型在连续数据上变得更加强大,就是使用特征分箱(binning,也叫离散化,即 discretization)将其划分为多个特征,如下所述。


image.png


比如数据集很大、维度很高,但有些特征与输出的关系是非线性的——那么分箱是提高建模能力的好方法。

 

卡方分箱及代码实现


1.先确定最终分几个箱,也就是最后分几个离散值。

2.如果变量样本大于100,那么先等距的划分为100箱。

3.计算每一对相邻箱间的卡方值

4.将卡方值最小的两个区间合并,一直重复3-4直到满足最终分箱个数。


def tagcount(series,tags):
    """
    统计该series中不同标签的数量,可以针对多分类
    series:只含有标签的series
    tags:为标签的列表,以实际为准,比如[0,1],[1,2,3]
    """
    result = []
    countseries = series.value_counts()
    for tag in tags:
        try:
            result.append(countseries[tag])
        except:
            result.append(0)
    return result
def ChiMerge3(df, num_split,tags=[1,2,3],pvalue_edge=0.1,biggest=10,smallest=3,sample=None):  
    """
    df:只包含要分箱的参数列和标签两列
    num_split:初始化时划分的区间个数,适合数据量特别大的时候。
    tags:标签列表,二分类一般为[0,1]。以实际为准。
    pvalue_edge:pvalue的置信度值
    bin:最多箱的数目
    smallest:最少箱的数目
    sample:抽样的数目,适合数据量超级大的情况。可以使用抽样的数据进行分箱。百万以下不需要
    """
    import pandas as pd
    import numpy as np
    import scipy
    variable = df.columns[0]
    flag = df.columns[1]
#进行是否抽样操作
    if sample != None:
        df = df.sample(n=sample)
    else:
        df   
#将原始序列初始化为num_split个区间,计算每个区间中每类别的数量,放置在一个矩阵中。方便后面计算pvalue值。    
    percent = df[variable].quantile([1.0*i/num_split for i in range(num_split+1)],interpolation= "lower").drop_duplicates(keep="last").tolist()
    percent = percent[1:]
    np_regroup = []
    for i in range(len(percent)):
        if i == 0:
            tempdata = tagcount(df[df[variable]<=percent[i]][flag],tags)
            tempdata.insert(0,percent[i])
        elif i == len(percent)-1:
            tempdata = tagcount(df[df[variable]>percent[i-1]][flag],tags)
            tempdata.insert(0,percent[i])
        else:
            tempdata = tagcount(df[(df[variable]>percent[i-1])&(df[variable]<=percent[i])][flag],tags)
            tempdata.insert(0,percent[i])
        np_regroup.append(tempdata)
    np_regroup = pd.DataFrame(np_regroup)
    np_regroup = np.array(np_regroup)
#如果两个区间某一类的值都为0,就会报错。先将这类的区间合并,当做预处理吧
    i = 0
    while (i <= np_regroup.shape[0] - 2):
        check = 0
        for j in range(len(tags)):
            if np_regroup[i,j+1] ==0 and np_regroup[i+1,j+1]==0:
                check += 1
        """
        这个for循环是为了检查是否有某一个或多个标签在两个区间内都是0,如果是的话,就进行下面的合并。
        """
        if check>0:
            np_regroup[i,1:] = np_regroup[i,1:] + np_regroup[i+1,1:]
            np_regroup[i, 0] = np_regroup[i + 1, 0]
            np_regroup = np.delete(np_regroup, i + 1, 0)
            i = i - 1
        i = i + 1
#对相邻两个区间进行置信度计算
    chi_table = np.array([])
    for i in np.arange(np_regroup.shape[0] - 1):
        temparray = np_regroup[i:i+2,1:]
        pvalue = scipy.stats.chi2_contingency(temparray,correction=False)[1]
        chi_table = np.append(chi_table, pvalue)
    temp = max(chi_table)
#把pvalue最大的两个区间进行合并。注意的是,这里并没有合并一次就重新循环计算相邻区间的pvalue,而是只更新影响到的区间。
    while (1):
        #终止条件,可以根据自己的期望定制化
        if (len(chi_table) <= (biggest - 1) and temp <= pvalue_edge):
            break
        if len(chi_table)<smallest:
            break
        num = np.argwhere(chi_table==temp)
        for i in range(num.shape[0]-1,-1,-1):
            chi_min_index = num[i][0]
            np_regroup[chi_min_index, 1:] = np_regroup[chi_min_index, 1:] + np_regroup[chi_min_index + 1, 1:]
            np_regroup[chi_min_index, 0] = np_regroup[chi_min_index + 1, 0]
            np_regroup = np.delete(np_regroup, chi_min_index + 1, 0)
            #最大pvalue在最后两个区间的时候,只需要更新一个,删除最后一个。大家可以画图,很容易明白
            if (chi_min_index == np_regroup.shape[0] - 1):
                temparray = np_regroup[chi_min_index-1:chi_min_index+1,1:]
                chi_table[chi_min_index - 1] = scipy.stats.chi2_contingency(temparray,correction=False)[1]
                chi_table = np.delete(chi_table, chi_min_index, axis=0)
            #最大pvalue是最先两个区间的时候,只需要更新一个,删除第一个。
            elif (chi_min_index == 0):
                temparray = np_regroup[chi_min_index:chi_min_index+2,1:]
                chi_table[chi_min_index] = scipy.stats.chi2_contingency(temparray,correction=False)[1]
                chi_table = np.delete(chi_table, chi_min_index+1, axis=0)
            #最大pvalue在中间的时候,影响和前后区间的pvalue,需要更新两个值。
            else:
                # 计算合并后当前区间与前一个区间的pvalue替换
                temparray = np_regroup[chi_min_index-1:chi_min_index+1,1:]
                chi_table[chi_min_index - 1] = scipy.stats.chi2_contingency(temparray,correction=False)[1]
                # 计算合并后当前与后一个区间的pvalue替换
                temparray = np_regroup[chi_min_index:chi_min_index+2,1:]
                chi_table[chi_min_index] = scipy.stats.chi2_contingency(temparray,correction=False)[1]
                # 删除替换前的pvalue
                chi_table = np.delete(chi_table, chi_min_index + 1, axis=0)
        #更新当前最大的相邻区间的pvalue
        temp = max(chi_table)
    print("*"*40)
    print("最终相邻区间的pvalue值为:")
    print(chi_table)
    print("*"*40)
    #把结果保存成一个数据框。
    """
    可以根据自己的需求定制化。我保留两个结果。
    1. 显示分割区间,和该区间内不同标签的数量的表
    2. 为了方便pandas对该参数处理,把apply的具体命令打印出来。方便直接对数据集处理。
        serise.apply(lambda x:XXX)中XXX的位置
    """
    #将结果整合到一个表中,即上述中的第一个
    interval = []
    interval_num = np_regroup.shape[0]
    for i in range(interval_num):
        if i == 0:
            interval.append('x<=%f'%(np_regroup[i,0]))
        elif i == interval_num-1:
            interval.append('x>%f'%(np_regroup[i-1,0]))
        else:
            interval.append('x>%f and x<=%f'%(np_regroup[i-1,0],np_regroup[i,0]))
    result = pd.DataFrame(np_regroup)
    result[0] = interval
    result.columns = ['interval']+tags
    #整理series的命令,即上述中的第二个
    premise = "str(0) if "
    length_interval = len(interval)
    for i in range(length_interval):
        if i == length_interval-1:
            premise = premise[:-4]
            break
        premise = premise + interval[i] + " else " + 'str(%d+1)'%i + " if "
    return result,premise
pandas.cut:
pandas.cut(x, bins, right=True, labels=None, retbins=False, precision=3, include_lowest=False)
参数:
x,类array对象,且必须为一维,待切割的原形式
bins, 整数、序列尺度、或间隔索引。如果bins是一个整数,它定义了x宽度范围内的等宽面元数量,但是在这种情况下,x的范围在每个边上被延长1%,以保证包括x的最小值或最大值。如果bin是序列,它定义了允许非均匀in宽度的bin边缘。在这种情况下没有x的范围的扩展。
right,布尔值。是否是左开右闭区间
labels,用作结果箱的标签。必须与结果箱相同长度。如果FALSE,只返回整数指标面元。
retbins,布尔值。是否返回面元
precision,整数。返回面元的小数点几位
include_lowest,布尔值。第一个区间的左端点是否包含
t/cc_jjj/article/details/78878878

自定义分箱代码实现

import pandas as pd
ages = [20, 22, 25, 27, 21, 23, 37, 31, 61, 45, 41, 32]
# 有一组人员年龄数据,希望将这些数据划分为“18到25”,“26到35”,“36到60”,“60以上”几个面元
bins = [18, 25, 35, 60, 100]
# 返回的是一个特殊的Categorical对象 → 一组表示面元名称的字符串
cats = pd.cut(ages, bins)
print(cats)
group_names = ['Youth', 'YoungAdult', 'MiddleAged', 'Senior']###打上标签
cats1 = pd.cut(ages, bins, labels=group_names)
print(cats1)
aa = pd.value_counts(cats)  # 按照区间计数
print(aa)

变量分箱对模型的好处

1、降低异常值的影响,增加模型的稳定性


通过分箱来降低噪声,使模型鲁棒性更好


2、缺失值作为特殊变量参与分箱,减少缺失值填补的不确定性(分箱还可以解决缺失值 )


分箱的方法往往要配合变量编码使用,这就大大提高了变量的可解释性


3、增加变量的非线性


提高了模型的拟合能力


4、增加模型的预测效果


通常假设训练集和测试集满足同分布,分箱使连续变量离散化,更容易满足同分布的假设


即减少模型在训练集的表现和测试集的偏差


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