【算法竞赛学习】金融风控之贷款违约预测-赛题理解

Task1 赛题理解

赛题以金融风控中的个人信贷为背景，要求选手根据贷款申请人的数据信息预测其是否有违约的可能，以此判断是否通过此项贷款，这是一个典型的分类问题。通过这道赛题来引导大家了解金融风控中的一些业务背景，解决实际问题，帮助竞赛新人进行自我练习、自我提高。

项目地址：https://github.com/datawhalechina/team-learning-data-mining/tree/master/FinancialRiskControl

比赛地址：https://tianchi.aliyun.com/competition/entrance/531830/introduction

1.1 学习目标

理解赛题数据和目标，清楚评分体系。

完成相应报名，下载数据和结果提交打卡（可提交示例结果），熟悉比赛流程

1.2 了解赛题

• 赛题概况
• 数据概况
• 预测指标
• 分析赛题

1.2.1 赛题概况

比赛要求参赛选手根据给定的数据集，建立模型，预测金融风险。

赛题以预测金融风险为任务，数据集报名后可见并可下载，该数据来自某信贷平台的贷款记录，总数据量超过120w，包含47列变量信息，其中15列为匿名变量。为了保证比赛的公平性，将会从中抽取80万条作为训练集，20万条作为测试集A，20万条作为测试集B，同时会对employmentTitle、purpose、postCode和title等信息进行脱敏。

通过这道赛题来引导大家走进金融风控数据竞赛的世界，主要针对于于竞赛新人进行自我练习、自我提高。

1.2.2 数据概况

一般而言，对于数据在比赛界面都有对应的数据概况介绍（匿名特征除外），说明列的性质特征。了解列的性质会有助于我们对于数据的理解和后续分析。 Tip:匿名特征，就是未告知数据列所属的性质的特征列。

train.csv

• id 为贷款清单分配的唯一信用证标识
• loanAmnt 贷款金额
• term 贷款期限（year）
• interestRate 贷款利率
• installment 分期付款金额
• grade 贷款等级
• subGrade 贷款等级之子级
• employmentTitle 就业职称
• employmentLength 就业年限（年）
• homeOwnership 借款人在登记时提供的房屋所有权状况
• annualIncome 年收入
• verificationStatus 验证状态
• issueDate 贷款发放的月份
• purpose 借款人在贷款申请时的贷款用途类别
• postCode 借款人在贷款申请中提供的邮政编码的前3位数字
• regionCode 地区编码
• dti 债务收入比
• delinquency_2years 借款人过去2年信用档案中逾期30天以上的违约事件数
• ficoRangeLow 借款人在贷款发放时的fico所属的下限范围
• ficoRangeHigh 借款人在贷款发放时的fico所属的上限范围
• openAcc 借款人信用档案中未结信用额度的数量
• pubRec 贬损公共记录的数量
• pubRecBankruptcies 公开记录清除的数量
• revolBal 信贷周转余额合计
• revolUtil 循环额度利用率，或借款人使用的相对于所有可用循环信贷的信贷金额
• totalAcc 借款人信用档案中当前的信用额度总数
• initialListStatus 贷款的初始列表状态
• applicationType 表明贷款是个人申请还是与两个共同借款人的联合申请
• earliesCreditLine 借款人最早报告的信用额度开立的月份
• title 借款人提供的贷款名称
• policyCode 公开可用的策略_代码=1新产品不公开可用的策略_代码=2
• n系列匿名特征 匿名特征n0-n14，为一些贷款人行为计数特征的处理

1.2.3 预测指标

竞赛采用AUC作为评价指标。AUC（Area Under Curve）被定义为 ROC曲线 下与坐标轴围成的面积。

分类算法常见的评估指标如下：

1、混淆矩阵（Confuse Matrix）

• （1）若一个实例是正类，并且被预测为正类，即为真正类TP(True Positive )
• （2）若一个实例是正类，但是被预测为负类，即为假负类FN(False Negative )
• （3）若一个实例是负类，但是被预测为正类，即为假正类FP(False Positive )
• （4）若一个实例是负类，并且被预测为负类，即为真负类TN(True Negative )

2、准确率（Accuracy）
准确率是常用的一个评价指标，但是不适合样本不均衡的情况。
$$Accuracy=\frac{TP+TN}{TP+TN+FP+FN}$$

3、精确率（Precision）
又称查准率，正确预测为正样本（TP）占预测为正样本(TP+FP)的百分比。
$$Precision=\frac{TP}{TP+FP}$$

4、召回率（Recall）
又称为查全率，正确预测为正样本（TP）占正样本(TP+FN)的百分比。
$$Recall=\frac{TP}{TP+FN}$$

5、F1 Score
精确率和召回率是相互影响的，精确率升高则召回率下降，召回率升高则精确率下降，如果需要兼顾二者，就需要精确率、召回率的结合F1 Score。
$$F1-Score=\frac{2}{\frac{1}{Precision}+\frac{1}{Recall}}$$

6、P-R曲线（Precision-Recall Curve）
P-R曲线是描述精确率和召回率变化的曲线

7、ROC（Receiver Operating Characteristic）

• ROC空间将假正例率（FPR）定义为 X 轴，真正例率（TPR）定义为 Y 轴。

TPR：在所有实际为正例的样本中，被正确地判断为正例之比率。
$$TPR=\frac{TP}{TP+FN}$$
FPR：在所有实际为负例的样本中，被错误地判断为正例之比率。
$$FPR=\frac{FP}{FP+TN}$$

8、AUC(Area Under Curve)
AUC（Area Under Curve）被定义为 ROC曲线 下与坐标轴围成的面积，显然这个面积的数值不会大于1。又由于ROC曲线一般都处于y=x这条直线的上方，所以AUC的取值范围在0.5和1之间。AUC越接近1.0，检测方法真实性越高;等于0.5时，则真实性最低，无应用价值。

对于金融风控预测类常见的评估指标如下:

1、KS(Kolmogorov-Smirnov)
KS统计量由两位苏联数学家A.N. Kolmogorov和N.V. Smirnov提出。在风控中，KS常用于评估模型区分度。区分度越大，说明模型的风险排序能力（ranking ability）越强。
K-S曲线与ROC曲线类似，不同在于

• ROC曲线将真正例率和假正例率作为横纵轴
• K-S曲线将真正例率和假正例率都作为纵轴，横轴则由选定的阈值来充当。
  公式如下：
  $$KS=max(TPR-FPR)$$
  KS不同代表的不同情况，一般情况KS值越大，模型的区分能力越强，但是也不是越大模型效果就越好，如果KS过大，模型可能存在异常，所以当KS值过高可能需要检查模型是否过拟合。以下为KS值对应的模型情况，但此对应不是唯一的，只代表大致趋势。

KS（%）	好坏区分能力
20以下	不建议采用
20-40	较好
41-50	良好
51-60	很强
61-75	非常强
75以上	过于高，疑似存在问题

2、ROC

3、AUC

1.2.4. 赛题流程

1.3 代码示例

本部分为对于数据读取和指标评价的示例。

1.3.1 数据读取pandas

import pandas as pd

train = pd.read_csv('train.csv')
testA = pd.read_csv('testA.csv')

print('Train data shape:',train.shape)
print('TestA data shape:',testA.shape)

Train data shape: (800000, 47)
TestA data shape: (200000, 48)

train.head()

	id	loanAmnt	term	interestRate	installment	grade	subGrade	employmentTitle	employmentLength	homeOwnership	...	n5	n6	n7	n8	n9	n10	n11	n12	n13	n14
0	0	35000.0	5	19.52	917.97	E	E2	320.0	2 years	2	...	9.0	8.0	4.0	12.0	2.0	7.0	0.0	0.0	0.0	2.0
1	1	18000.0	5	18.49	461.90	D	D2	219843.0	5 years	0	...	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	13.0	NaN	NaN	NaN	NaN
2	2	12000.0	5	16.99	298.17	D	D3	31698.0	8 years	0	...	0.0	21.0	4.0	5.0	3.0	11.0	0.0	0.0	0.0	4.0
3	3	11000.0	3	7.26	340.96	A	A4	46854.0	10+ years	1	...	16.0	4.0	7.0	21.0	6.0	9.0	0.0	0.0	0.0	1.0
4	4	3000.0	3	12.99	101.07	C	C2	54.0	NaN	1	...	4.0	9.0	10.0	15.0	7.0	12.0	0.0	0.0	0.0	4.0

5 rows × 47 columns

1.3.2 分类指标评价计算示例

## 混淆矩阵
import numpy as np
from sklearn.metrics import confusion_matrix
y_pred = [0, 1, 0, 1]
y_true = [0, 1, 1, 0]
print('混淆矩阵:\n',confusion_matrix(y_true, y_pred))

混淆矩阵:
 [[1 1]
 [1 1]]

## accuracy
from sklearn.metrics import accuracy_score
y_pred = [0, 1, 0, 1]
y_true = [0, 1, 1, 0]
print('ACC:',accuracy_score(y_true, y_pred))

ACC: 0.5

## Precision,Recall,F1-score
from sklearn import metrics
y_pred = [0, 1, 0, 1]
y_true = [0, 1, 1, 0]
print('Precision',metrics.precision_score(y_true, y_pred))
print('Recall',metrics.recall_score(y_true, y_pred))
print('F1-score:',metrics.f1_score(y_true, y_pred))

Precision 0.5
Recall 0.5
F1-score: 0.5

## P-R曲线
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.metrics import precision_recall_curve
y_pred = [0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1]
y_true = [0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1]
precision, recall, thresholds = precision_recall_curve(y_true, y_pred)
plt.plot(precision, recall)

[]

## ROC曲线
from sklearn.metrics import roc_curve
y_pred = [0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1]
y_true = [0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1]
FPR,TPR,thresholds=roc_curve(y_true, y_pred)
plt.title('ROC')
plt.plot(FPR, TPR,'b')
plt.plot([0,1],[0,1],'r--')
plt.ylabel('TPR')
plt.xlabel('FPR')

Text(0.5, 0, 'FPR')

## AUC
import numpy as np
from sklearn.metrics import roc_auc_score
y_true = np.array([0, 0, 1, 1])
y_scores = np.array([0.1, 0.4, 0.35, 0.8])
print('AUC socre:',roc_auc_score(y_true, y_scores))

AUC socre: 0.75

## KS值 在实际操作时往往使用ROC曲线配合求出KS值
from sklearn.metrics import roc_curve
y_pred = [0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1]
y_true = [0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 1]
FPR,TPR,thresholds=roc_curve(y_true, y_pred)
KS=abs(FPR-TPR).max()
print('KS值：',KS)

KS值： 0.5238095238095237

1.4 经验总结

赛题理解是开始比赛的第一步，赛题的理解有助于对竞赛全局的把握。通过赛题理解有助于对赛题的业务逻辑把握，对于后期的特征工程构建和模型选择都尤为重要。

• 在开始比赛之前要对赛题进行充分的了解。
• 比赛什么时候开始，什么时候结束，什么时候换B榜数据。
• 和该比赛有没有类似的比赛可以参考借鉴。
• 线上提交结果的次数往往是有限的，提前了解每日可以提交的次数。
• 比赛使用的是什么评价指标，可以选择相同的评价指标作为线下验证的方式。

1.5 拓展知识——评分卡

评分卡是一张拥有分数刻度会让相应阈值的表。信用评分卡是用于用户信用的一张刻度表。以下代码是一个非标准评分卡的代码流程，用于刻画用户的信用评分。评分卡是金融风控中常用的一种对于用户信用进行刻画的手段哦！

#评分卡 不是标准评分卡
def Score(prob,P0=600,PDO=20,badrate=None,goodrate=None):
    P0 = P0
    PDO = PDO
    theta0 = badrate/goodrate
    B = PDO/np.log(2)
    A = P0 + B*np.log(2*theta0)
    score = A-B*np.log(prob/(1-prob))
    return score