入门数据挖掘-心电图信号预测datawhale组队学习笔记-task 1

[1] 本文参考datawhale3月组队学习.team-learning-data-mining/HeartbeatClassification

1.赛题概况

比赛地址：天池心跳信号分类预测
比赛要求选手根据给定的数据集，建立模型，预测不同的心跳信号。赛题以预测心电图心跳信号类别为任务，数据来自某平台心电图数据记录，总数据量超过20万，主要为1列心跳信号序列数据，其中每个样本的信号序列采样频次一致，长度相等。为了保证比赛的公平性，将会从中抽取10万条作为训练集，2万条作为测试集A，2万条作为测试集B，同时会对心跳信号类别（label）信息进行脱敏。

1.1 数据概况

train.csv

• id 为心跳信号分配的唯一标识
• heartbeat_signals 心跳信号序列(数据之间采用“,”进行分隔)
• label 心跳信号类别（0、1、2、3）

testA.csv

• id 心跳信号分配的唯一标识
• heartbeat_signals 心跳信号序列(数据之间采用“,”进行分隔)

1.2 预测指标

选手需提交4种不同心跳信号预测的概率，选手提交结果与实际心跳类型结果进行对比，求预测的概率与真实值差值的绝对值（abs-sum)。
真实值：$y_{true}=[y_1,y_2,y_3,y_4]$, 预测值：$y_{pred}=[a_1,a_2,a_3,a_4]$,
$$abs-sum=\sum _{j=1}^n\sum _{i=1}^4|y_i-a_i|$$

1.3 多分类算法常见评估指标

1.3.1 混淆矩阵 Confuse Matrix

实际\预测	+	-
+	TP	FN
-	FP	TN

1.3.2 准确率 Accuracy

代表整体 预测准确程度，包括正负样本。不适合样本不均衡情况，医疗大数据大部分都是样本不均衡数据。
$$Accuracy=\frac{Correct}{Total}=\frac{TP+TN}{TP+TN+FP+FN}$$

1.3.3 精确率 P

代表所有被预测为正的样本中实际为正样本的概率。代表预测的正样本结果中的准测准确程度。
$$Precision=\frac{TP}{TP+FP}$$

1.3.4 召回率 R

实际为正的样本中被预测为正样本的概率。
$$Recall=\frac{TP}{TP+FN}$$

1.3.5 F1

$$F1=\frac{2\ast P\ast R}{P+R}$$

1.3.6 其它

macro: 先求每个样本的P/R/F1，然后求平均值。
micro: 先将confuse matrix 的TP,FP,TN,FN对应位置求平均，然后求P/R/F1。

1.4 赛题分析

• 典型多分类问题， 4个类别。
• 应用 xgb、lgb、catboost模型。

2. baseline

流程：

导入第三方库

读取数据

数据预处理

准备训练/测试数据

训练模型

预测结果

• 导入第三方库：lightgbm, xgboost, catboost, sklearn

• 读取数据：.head(), .descirbe(), .info()
  

• 数据预处理：

  • 定义减少使用内存函数reduce_mem_usage：根据每列数据最大，最小值确定数字精度，保存格式。np.int8/16/32/64及np.float16/32/64; object类保存为’category’。
  • for loop + append，连接train数据每行id, 心跳信号序列，label，生成train_list；同理连接test数据每行id, 心跳信号序列，生成test_list。
  • 将两列表变为pd.DataFrame, 并对列命名：id，s_1, …, s_n, (label)。

• 准备训练/测试数据： 将train数据分为输入(去掉id和label列), 输出(‘label’), test数据去掉id为test输入。

• 训练模型：

  • 定义abs_sum指标函数
  • 交叉验证：kf = kFold(n_splits, shuffle, random_state)，这里nsplits=5(运行5批), shuffle=True(每次划分批次前打乱顺序)，并定义seed，保证随机过程的结果可复现。
    用kf.split(train_x, train_y)将数据划分为train dataset 和 validation datatset.
  • 使用lgb(boosting)分类器并定义超参数
  • lgb.train函数
  • train: early_stopping_rounds=200：训练到valid 分数200轮均无提高则停止。
  • model.predict() 得到val_pred和test_pred.
  • 将val_y标签变为单热向量(每个样本的四个概率仅有1个为1，其余为0)。
  • 用预定义的abs_sum函数评分。val_y和valid_pred计算每个batch得分，取k次平均值作为最后模型分数。
  • 最后得到k次预测概率矩阵test_pred的平均值作为test预测结果。

• 预测结果：使用lgb分类器，将生成test数据集预测结果按照官方提供格式’sample_submit.csv’保存成csv文件。

3. 提交成绩

之后进行EDA, 调参及模型融合。