实用机器学习-2. 数据预处理

一、数据预处理

1. 探索性数据分析

  • 丢掉数据缺失高于30%的列
  • 检查数据类型
  • 类型转换,字符串转成浮点数
    • eg:货币、面积
  • 检查数字列的最大最小值是否合理
  • 过滤掉不正常值的列

可视化方法

  • displot
  • subplots/ heaetmap
  • boxplot

2. 数据清洗

流程图

实用机器学习-2. 数据预处理_第1张图片

2.1 数据错误

  • 缺值、错误、极端值
  • 好的ML模型对错误容忍度很高,但是会影响精度
  • 把错误的模型部署在线上会影响新收集到的数据质量,模型慢慢变差

2.1.1 数据错误类型

  • Outliers:数据的值不再正常分布区间内

    • 类别:可能单词间有空格。手动fix归类或者直接丢掉

实用机器学习-2. 数据预处理_第2张图片

  • 实数:boxplot中,以25%和75%分界线上下1.5倍的box height

实用机器学习-2. 数据预处理_第3张图片

  • Rule violations:规则冲突,一般来说是数据库的完整性约束要求。eg:Not Null/Unique

    • 函数依赖:x->y x确定了唯一的y
    • 拒绝约束:指定一些规则(一阶逻辑表达式)
  • Pattern violations:语法/语义规则冲突。eg:拼写错误

    • 语法模式
      • eg:eng->English
    • 语义模式: 通过知识图
      • eg:Country列需要有国家,所以’四川‘这个值是错误的

3. 数据变换

流程图

请添加图片描述

3.1 Tabular实数列的转换(标准化Normalization)

3.1.1. Min-Max Normalization:线性映射到一个[a,b]区间内

3.1.2. Z-Score Normalization:标准正态分布

3.1.3. 10的n次方缩放:把Xi缩放到[-1,1]之间

3.1.4. Log缩放: Xi取Log

四种标准化公式

实用机器学习-2. 数据预处理_第4张图片

3.2 图片转换

3.2.1. 图片进行缩小和下采样

  • jpeg格式的中等质量图片(80%-90%)以下进行下采样会导致精度降低1%

3.2.2. 图片白化

  • 对图片降维

3.3 视频转换

3.3.1. 通常使用短视频片段,每段包含一个单独的事件(<10s)

3.3.2. 对视频的帧进行采样

3.3.3. 权衡存储成本、视频质量

3.4 文本转换

  • 语法和词根化:单词转换成一个通用的形式
    • eg: 语法化am,are,is -> be car, 词根化cars,car’s ->car
  • 词元化tokenization: 单词转换成一系列的词元
    • 根据单词划分
    • 根据字符划分
    • 根据子词划分

4. 特征工程

  • 在深度学习之前,特征工程是关键任务
  • 深度学习就是用神经网络替换掉手动的特征工程进行自动抽取特征,但是更耗费计算资源‘

4.1. 表数据特征

  • Int/float:直接用,或者分散到n个桶里面变成int
  • Categorical类别数据:独热编码,向量只有某一列是1其他全是0
  • 时间
  • eg: [year,month,day,day_of_year,week_of_year,day_of_week]
  • 特征组合:多个特征的笛卡尔积

4.2. 文本数据特征

把文本表示成词元的特征

  • Bag of Words模型(BoW):每个词的独热编码表示出来,做向量加法
  • 词嵌入word embeddings(Word2vec):把词表示成有语义信息的向量,通过预测目标词的上下文词来训练
  • 预训练好的模型(BERT,GPT-3)
    • 大的transformer模型
    • 在一个很大的无标注的数据上进行自训练
    • 可以做fine-tuning

4.3. 图像/视频数据特征

  • 深度学习之前用手工特征抽取如SIFT
  • 现在的深度学习用ResNet(用ImageNet的图像分类器)/I3D(用Kinetics训练的动作分类器)

实用机器学习-2. 数据预处理_第5张图片

5. 总结

本章节流程图

实用机器学习-2. 数据预处理_第6张图片

面临的挑战

  • 质量于数量的平衡
  • 产品质量角度:数据多样性、数据不偏向、公平性(对人)
  • 大规模数据的管理问题:存储、处理、版本控制、安全

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