赛题:零基础入门数据挖掘 - 二手车交易价格预测
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探索性数据分析
数据处理之二——数据探索性分析(EDA)
探索性数据分析(EDA)
探索性数据分析(Exploratory Data Analysis,EDA)是指对已有数据在尽量少的先验假设下通过作图、制表、方程拟合、计算特征量等手段探索数据的结构和规律的一种数据分析方法。常用的手段包括定量分析和可视化技术。
EDA常用的一些常见问题:
通过EDA可以实现:
#导入warnings包,忽略警告语句
import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
import missingno as msno
#载入数据集和测试集
#这里的sep=‘ ’指的是将分隔符设为空格
Train_data = pd.read_csv('used_car_train_20200313.csv', sep=' ')
Test_data = pd.read_csv('used_car_testA_20200313.csv', sep=' ')
#简略观察数据(head()+shape)
#head():观察前五行数据; tail():观察后五行数据
Train_data.head().append(Train_data.tail())
Train_data.shape
Test_data.head().append(Test_data.tail())
Test_data.shape
#通过describe()来熟悉数据的相关统计量
Train_data.describe()
这里试了下用include='all’这个参数,得知describe()统计出的列是不一样的,会将所有类型的列都进行统计,包括object类型。如没有,则只对数值列进行统计。
# include='all',代表对所有列进行统计,如果不加这个参数,则只对数值列进行统计(notRepairedDamage列是object类型)
Test_data.describe(include='all')
#通过info()来熟悉数据类型
Train_data.info()
Test_data.info()
结果略。
#看每列的存在nan情况
#使用isnull()函数得到true或者false
Train_data.isnull().sum()
Test_data.isnull().sum()
Test_data.isnull().sum()
# nan可视化
missing = Train_data.isnull().sum()
missing = missing[missing>0]
missing.sort_values(inplace=True)
missing.plot.bar()
# 可视化看下缺省值
msno.matrix(Train_data.sample(250)) # sample(250)表示抽取表格中250个样本
msno.bar(Train_data.sample(1000))
msno.matrix(Test_data.sample(250))
我们可以一目了然的看到每个变量的缺失情况:测试集的缺省和训练集的差不多情况, 可视化有三列有缺省,fuelType缺省得最多, 参考缺失值可视化处理–missingno
msno.bar(Test_data.sample(1000))
Train_data.info()
还记得前面的describe()统计信息时,由于notRepairedDamage列是object类型,所以没有统计进去。所以,当发现有object类型的字段时,应该单独拿出来看一下其取值情况,以防存在数值脏乱情况,应该对数据保持一种怀疑的态度,以防人为标注的时候出现的错误等。数据的检查与修正还是挺重要的, 可参考数据竞赛修炼笔记之工业化工生产预测
# 看看object这个字段的取值情况
Train_data['notRepairedDamage'].value_counts()
可以看出里面有个’-’,这个也代表着缺失。因为很多模型对nan有直接的处理, 这里我们可以先不做处理,先替换为nan,所以字符串类型的要小心缺失的,格式不规范的情况大有存在,格式不规范的情况可以看 数据竞赛修炼笔记之工业化工生产预测,从那这面可真正体会到怀疑数据的重要性。
#将-替换成nan
Train_data['notRepairedDamage'].replace('-', np.nan, inplace=True)
#重新查看缺省值
Train_data.isnull().sum()
这时,发现缺省值最多的是这个notRepairedDamage字段。
# 对测试集进行同样的操作
Test_data['notRepairedDamage'].replace('-',np.nan,inplace=True)
# 观察其他数据
Train_data["seller"].value_counts()
# 观察其他数据
Train_data["offerType"].value_counts()
以上两个类别特征严重倾斜(销售方几乎为个体,报价类型全部为提供),一般不会对预测有什么帮助,故这边先删掉
del Train_data['seller']
del Train_data['offerType']
del Test_data['seller']
del Test_data['offerType']
Train_data['price'].value_counts()
从上面统计可以看出price的分布不均匀,所以接下来通过画图来可视化一下
#直方图可视化一下
plt.hist(Train_data['price'])
plt.show()
从图中可以看出,频数里大于20000的值极少,所以这里也可以把这些当作特殊得值(异常值)直接用填充或者删掉,再往下进行。不过直接删掉有点风险,毕竟这是个回归问题,得出的效果可能很差,需要在baseline中试一下。
#总体分布概况(无界约翰逊分布等)
import scipy.stats as st
y = Train_data['price']
plt.figure(1)
plt.title('Johnson SU')
sns.distplot(y,kde=False,fit=st.johnsonsu)
plt.figure(2)
plt.title('Normal')
sns.distplot(y,kde=False,fit=st.norm)
plt.figure(3)
plt.title('Log Normal')
sns.distplot(y,kde=False,fit=st.lognorm)
seaborn中的distplot主要功能是绘制单变量的直方图,该函数结合了matplotlib中的 hist函数(自动计算一个默认的合适的bin大小)、seaborn的kdeplot()和rugplot()函数。它还可以拟合scipy.stats分布并在数据上绘制估计的PDF(概率分布函数)。
图中的Johnson SU为约翰逊分布,是一种经过约翰变换后服从正态分布概率的随机变量的概率分布;normal为正态分布;lognormal为对数正态分布。 通过结果我们可以看到,价格不服从正态分布,所以在进行回归之前,它必须进行转换(为什么做回归分析需要满足正态分布??)。虽然对数变换做得很好,但最佳拟合是无界约翰逊分布(经约翰变换后服从正态分布的随机变量的概率分布)
#查看skewness(偏度) and kurtosis(峰度)
sns.distplot(Train_data['price']);
print("Skewness: %f" % Train_data['price'].skew())
print("Kurtosis: %f" % Train_data['price'].kurt())
在这里计算了price的skewness(偏度) 和 kurtosis(峰度)
#查看Train_data的skewness(偏度) and kurtosis(峰度)
Train_data.skew(), Train_data.kurt()
#绘制Train_data各属性的偏度
sns.distplot(Train_data.skew(),color='blue',axlabel ='Skewness')
#绘制Train_data各属性的峰度
sns.distplot(Train_data.kurt(),color='orange',axlabel ='Kurtness')
峰度Kurt代表数据分布顶的尖锐程度,偏度skew简单来说就是数据的不对称程度。skew、kurt说明参考数据的偏度和峰度——df.skew()、df.kurt()
#查看price的具体频数
plt.hist(Train_data['price'], orientation = 'vertical',color ='red')
plt.show()
price大于20000的值极少,其实这里也可以把这些当作特殊得值(异常值)直接用填充或者删掉,在前面进行。不过直接删掉有点风险,毕竟这是个回归问题,得出的效果可能很差,需要在baseline中试一下。
# log变换 z之后的分布较均匀,可以进行log变换进行预测,这也是预测问题常用的trick
plt.hist(np.log(Train_data['price']), orientation = 'vertical',color ='red')
plt.show()
这里用log取对数变换之后的分布较为均匀,所以,可以进行log变换再进行预测,这是预测问题常用的小技巧!
name - 汽车编码
regDate - 汽车注册时间
model - 车型编码
brand - 品牌
bodyType - 车身类型
fuelType - 燃油类型
gearbox - 变速箱
power - 汽车功率
kilometer - 汽车行驶公里
notRepairedDamage - 汽车有尚未修复的损坏
regionCode - 看车地区编码
seller - 销售方 【已删】
offerType - 报价类型 【已删】
creatDate - 广告发布时间
price - 汽车价格
v_0', 'v_1', 'v_2', 'v_3', 'v_4', 'v_5', 'v_6', 'v_7', 'v_8', 'v_9', 'v_10', 'v_11', 'v_12', 'v_13','v_14'【匿名特征,包含v0-14在内15个匿名特征】
Y_train = Train_data['price']
# 这个区别方式适用于没有直接label coding的数据
# 这里不适用,需要人为根据实际含义来区分
# 数字特征
# numeric_features = Train_data.select_dtypes(include=[np.number])
# numeric_features.columns
# # 类型特征
# categorical_features = Train_data.select_dtypes(include=[np.object])
# categorical_features.columns
#人为设定
numeric_features = ['power', 'kilometer', 'v_0', 'v_1', 'v_2', 'v_3', 'v_4', 'v_5', 'v_6', 'v_7', 'v_8', 'v_9', 'v_10', 'v_11', 'v_12', 'v_13','v_14' ]
#这里去掉了日期变量
categorical_features = ['name', 'model', 'brand', 'bodyType', 'fuelType', 'gearbox', 'notRepairedDamage', 'regionCode',]
# Train_data特征nunique分布
for cat_fea in categorical_features:
print(cat_fea + "的特征分布如下:")
print("{}特征有个{}不同的值".format(cat_fea, Train_data[cat_fea].nunique()))
print(Train_data[cat_fea].value_counts())
# Test_data特征nunique分布
for cat_fea in categorical_features:
print(cat_fea + "的特征分布如下:")
print("{}特征有个{}不同的值".format(cat_fea, Test_data[cat_fea].nunique()))
print(Test_data[cat_fea].value_counts())
#把price加入数字特征列表中
numeric_features.append('price')
#相关性分析
price_numeric = Train_data[numeric_features]
correlation = price_numeric.corr()
#对相关性矩阵中的price列进行降序排序
print(correlation['price'].sort_values(ascending = False),'\n')
f,ax = plt.subplots(figsize = (7, 7))
plt.title('Correlation of Numeric Features with Price',y=1,size=16)
sns.heatmap(correlation,square = True,vmax=0.8)
#在计算完相关性后将数字特征中的price删除
del price_numeric['price']
#查看几个特征得 偏度和峰值
for col in numeric_features:
print('{:15}'.format(col), #字符宽度为15
'Skewness: {:05.2f}'.format(Train_data[col].skew()) , #字符宽度为5,并保留两位小数
' ' ,
'Kurtosis: {:06.2f}'.format(Train_data[col].kurt()) #字符宽度为6,并保留两位小数
)
#每个数字特征得分布可视化
f = pd.melt(Train_data, value_vars=numeric_features)
g = sns.FacetGrid(f, col="variable", col_wrap=5, sharex=False, sharey=False)
g = g.map(sns.distplot, "value")
从这里可以看到数值特征的分布情况,可以看出匿名特征相对分布均匀
#每个数字特征得分布可视化
#数字特征相互之间的关系可视化
sns.set()
columns = ['price', 'v_12', 'v_8' , 'v_0', 'power', 'v_5', 'v_2', 'v_6', 'v_1', 'v_14']
sns.pairplot(Train_data[columns],size = 2 ,kind ='scatter',diag_kind='kde')
plt.show()
#多变量互相回归关系可视化
fig, ((ax1, ax2), (ax3, ax4), (ax5, ax6), (ax7, ax8), (ax9, ax10)) = plt.subplots(nrows=5, ncols=2, figsize=(24, 20))
# ['v_12', 'v_8' , 'v_0', 'power', 'v_5', 'v_2', 'v_6', 'v_1', 'v_14']
v_12_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['v_12']],axis = 1)
sns.regplot(x='v_12',y = 'price', data = v_12_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax1)
v_8_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['v_8']],axis = 1)
sns.regplot(x='v_8',y = 'price',data = v_8_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax2)
v_0_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['v_0']],axis = 1)
sns.regplot(x='v_0',y = 'price',data = v_0_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax3)
power_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['power']],axis = 1)
sns.regplot(x='power',y = 'price',data = power_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax4)
v_5_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['v_5']],axis = 1)
sns.regplot(x='v_5',y = 'price',data = v_5_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax5)
v_2_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['v_2']],axis = 1)
sns.regplot(x='v_2',y = 'price',data = v_2_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax6)
v_6_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['v_6']],axis = 1)
sns.regplot(x='v_6',y = 'price',data = v_6_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax7)
v_1_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['v_1']],axis = 1)
sns.regplot(x='v_1',y = 'price',data = v_1_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax8)
v_14_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['v_14']],axis = 1)
sns.regplot(x='v_14',y = 'price',data = v_14_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax9)
v_13_scatter_plot = pd.concat([Y_train,Train_data['v_13']],axis = 1)
sns.regplot(x='v_13',y = 'price',data = v_13_scatter_plot,scatter= True, fit_reg=True, ax=ax10)
categorical_features
#unique分布
for fea in categorical_features:
print(Train_data[fea].nunique())
从上面可以看出,name和regionCode的类别太稀疏了,所以先去掉,因为后面要可视化,不画稀疏的
#类别特征箱形图可视化
# 因为 name和 regionCode的类别太稀疏了,这里我们把不稀疏的几类画一下
categorical_features = ['model',
'brand',
'bodyType',
'fuelType',
'gearbox',
'notRepairedDamage']
for c in categorical_features:
Train_data[c] = Train_data[c].astype('category')
if Train_data[c].isnull().any():
Train_data[c] = Train_data[c].cat.add_categories(['MISSING'])
Train_data[c] = Train_data[c].fillna('MISSING')
def boxplot(x, y, **kwargs):
sns.boxplot(x=x, y=y)
x=plt.xticks(rotation=90)
f = pd.melt(Train_data, id_vars=['price'], value_vars=categorical_features)
g = sns.FacetGrid(f, col="variable", col_wrap=2, sharex=False, sharey=False, size=5)
g = g.map(boxplot, "value", "price")
#类别特征的小提琴图可视化
catg_list = categorical_features
target = 'price'
for catg in catg_list :
sns.violinplot(x=catg, y=target, data=Train_data)
plt.show()
#类别特征的柱形图可视化
def bar_plot(x, y, **kwargs):
sns.barplot(x=x, y=y)
x=plt.xticks(rotation=90)
f = pd.melt(Train_data, id_vars=['price'], value_vars=categorical_features)
g = sns.FacetGrid(f, col="variable", col_wrap=2, sharex=False, sharey=False, size=5)
g = g.map(bar_plot, "value", "price")
#类别特征的每个类别频数可视化(count_plot)
def count_plot(x, **kwargs):
sns.countplot(x=x)
x=plt.xticks(rotation=90)
f = pd.melt(Train_data, value_vars=categorical_features)
g = sns.FacetGrid(f, col="variable", col_wrap=2, sharex=False, sharey=False, size=5)
g = g.map(count_plot, "value")
这个图还是挺好用的,可以可视化每一个类别特征的取值分布和数量,便于筛选异常
pandas_profiling基于pandas的DataFrame数据类型,可以简单快速地进行探索性数据分析,使用函数ProfileReport生成一份数据探索性报告。
对于数据集的每一列,pandas_profiling会提供以下统计信息:
1、概要:数据类型,唯一值,缺失值,内存大小
2、分位数统计:最小值、最大值、中位数、Q1、Q3、最大值,值域,四分位
3、描述性统计:均值、众数、标准差、绝对中位差、变异系数、峰值、偏度系数
4、最频繁出现的值,直方图/柱状图
5、相关性分析可视化:突出强相关的变量,Spearman, Pearson矩阵相关性色阶图
并且这个报告可以导出为HTML,非常方便查看。
import pandas_profiling
pfr = pandas_profiling.ProfileReport(Train_data)
pfr.to_file("./example.html")
以下总结来自Datawhale团队车哥:
所给出的EDA步骤为广为普遍的步骤,在实际的不管是工程还是比赛过程中,这只是最开始的一步,也是最基本的一步。接下来一般要结合模型的效果以及特征工程等来分析数据的实际建模情况,根据自己的一些理解,查阅文献,对实际问题做出判断和深入的理解。最后不断进行EDA与数据处理和挖掘,来到达更好的数据结构和分布以及较为强势相关的特征。
数据探索有利于我们发现数据的一些特性,数据之间的关联性,对于后续的特征构建是很有帮助的。