DataCastle 员工离职预测 Baseline

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比赛介绍

比赛链接

DataCastle 员工离职预测：https://challenge.datacastle.cn/v3/cmptDetail.html?id=342

赛题描述

给定影响员工离职的因素和员工是否离职的记录，建立模型预测有可能离职的员工。

评分标准

评分算法为准确率，准确率越高，说明正确预测出离职员工与留职员工的效果越好。

评分算法参考代码如下：

from sklearn.metrics import accuracy_score
y_true = [1, 0, 1, 0]
y_pred = [1, 1, 1, 0]
score = accuracy_score(y_true, y_pred)

比赛数据

数据下载

百度网盘：https://pan.baidu.com/share/init?surl=UjkKggnWQMIBhrU1vPm1sw&pwd=99gu

数据说明

数据主要包括影响员工离职的各种因素工资、出差、工作环境满意度、工作投入度、是否加班、是否升职、工资提升比例等. 以及员工是否已经离职的对应记录。

数据分为训练数据和测试数据，分别保存在 train.csv 和 test_noLabel.csv 两个文件中，字段说明如下：

1. Age：员工年龄
2. Label：员工是否已经离职，1 表示已经离职，2 表示未离职，这是目标预测值；
3. BusinessTravel：商务差旅频率，Non-Travel 表示不出差，Travel_Rarely 表示不经常出差，Travel_Frequently 表示经常出差；
4. Department：员工所在部门，Sales 表示销售部，Research & Development 表示研发部，Human Resources 表示人力资源部；
5. DistanceFromHome：公司跟家庭住址的距离，从 1 到 29，1 表示最近，29 表示最远；
6. Education：员工的教育程度，从 1 到 5，5 表示教育程度最高；
7. EducationField：员工所学习的专业领域，Life Sciences 表示生命科学，Medical 表示医疗，Marketing 表示市场营销，Technical Degree 表示技术学位，Human Resources 表示人力资源，Other 表示其他；
8. EmployeeNumber：员工号码；
9. EnvironmentSatisfaction：员工对于工作环境的满意程度，从 1 到 4，1 的满意程度最低，4 的满意程度最高；
10. Gender：员工性别，Male 表示男性，Female 表示女性；
11. JobInvolvement：员工工作投入度，从 1 到 4，1 为投入度最低，4 为投入度最高；
12. JobLevel：职业级别，从 1 到 5，1 为最低级别，5 为最高级别；
13. JobRole：工作角色：Sales Executive 是销售主管，Research Scientist 是科学研究员，Laboratory Technician 实验室技术员，Manufacturing Director 是制造总监，Healthcare Representative 是医疗代表，Manager 是经理，Sales Representative 是销售代表，Research Director 是研究总监，Human Resources 是人力资源；
14. JobSatisfaction：工作满意度，从 1 到 4，1 代表满意程度最低，4 代表满意程度最高；
15. MaritalStatus：员工婚姻状况，Single 代表单身，Married 代表已婚，Divorced 代表离婚；
16. MonthlyIncome：员工月收入，范围在 1009 到 19999 之间；
17. NumCompaniesWorked：员工曾经工作过的公司数；
18. Over18：年龄是否超过 18 岁；
19. OverTime：是否加班，Yes 表示加班，No 表示不加班；
20. PercentSalaryHike：工资提高的百分比；
21. PerformanceRating：绩效评估；
22. RelationshipSatisfaction：关系满意度，从 1 到 4，1 表示满意度最低，4 表示满意度最高；
23. StandardHours：标准工时；
24. StockOptionLevel：股票期权水平；
25. TotalWorkingYears：总工龄；
26. TrainingTimesLastYear：上一年的培训时长，从 0 到6，0 表示没有培训，6 表示培训时间最长；
27. WorkLifeBalance：工作与生活平衡程度，从 1 到 4，1 表示平衡程度最低，4 表示平衡程度最高；
28. YearsAtCompany：在目前公司工作年数；
29. YearsInCurrentRole：在目前工作职责的工作年数；
30. YearsSinceLastPromotion：距离上次升职时长
31. YearsWithCurrManager：跟目前的管理者共事年数；

测试数据主要包括 350 条记录，跟训练数据的不同是测试数据并不包括员工是否已经离职的记录，学员需要通过由训练数据所建立的模型以及所给的测试数据，得出测试数据相应的员工是否已经离职的预测。

注：比赛所用到的数据取自于 IBM Watson Analytics 分析平台分享的样例数据。我们只选取了其中的子集，并对数据做了一些预处理使数据更加符合逻辑回归分析比赛的要求。

Baseline

导包

import warnings
warnings.filterwarnings("ignore")

import random
import numpy as np
import pandas as pd

from imblearn.over_sampling import SMOTE
from category_encoders import OrdinalEncoder, BinaryEncoder

from sklearn.decomposition import PCA
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.model_selection import GridSearchCV
from sklearn.feature_selection import VarianceThreshold
from sklearn.ensemble import StackingClassifier

from xgboost import XGBClassifier
from lightgbm import LGBMClassifier
from catboost import CatBoostClassifier

seed = 1
random.seed(seed)
np.random.seed(seed)

数据读取

# 加载数据
df = pd.read_csv("./employee_leave/train.csv", index_col=0)
X_test = pd.read_csv("./employee_leave/test_noLabel.csv", index_col=0)

X = df.drop(columns="Label")
y = df["Label"].copy()

数据缺失状况

# 数据是否缺失
print(df.isnull().sum().sum(), X_test.isnull().sum().sum())
# 输出：0 0

样本标签是否均衡

# 样本标签是否均衡
y.value_counts()
# 输出：
# Label
# 0    922
# 1    178
# Name: count, dtype: int64

打印类别特征

# 类别特征
cat_cols = set(X.select_dtypes(include="object").columns)
print(cat_cols)
# 输出：{'BusinessTravel', 'MaritalStatus', 'OverTime', 'JobRole', 'Over18', 'Department', 'EducationField', 'Gender'}

类别特征编码

# 对 BusinessTravel 进行顺序编码
encoder_map = {"Non-Travel": 0, "Travel_Rarely": 1, "Travel_Frequently": 2}
X["BusinessTravel"] = X["BusinessTravel"].map(encoder_map)
X_test["BusinessTravel"] = X_test["BusinessTravel"].map(encoder_map)

# 对性别、是否加班、年龄是否超过 18 岁进行顺序编码
ord_cols = {"Gender", "OverTime", "Over18"}
encoder = OrdinalEncoder(cols=ord_cols)
X = encoder.fit_transform(X)
X_test = encoder.transform(X_test)

# 对其他类别特征进行二进制编码
bin_cols = cat_cols - ord_cols - {"BusinessTravel"}
encoder = BinaryEncoder(cols=bin_cols)
X = encoder.fit_transform(X)
X_test = encoder.transform(X_test)

特征衍生

# 特征衍生
pass

数据标准化

# 数据标准化
scaler = StandardScaler()
X = pd.DataFrame(scaler.fit_transform(X), index=X.index)
X_test = pd.DataFrame(scaler.transform(X_test), index=X_test.index)

数据降维

# 数据降维
pca = PCA(n_components=0.95)
X = pd.DataFrame(pca.fit_transform(X), index=X.index)
X_test = pd.DataFrame(pca.transform(X_test), index=X_test.index)

特征选择

# 特征选择
selector = VarianceThreshold(threshold=0.01).fit(X)
X = pd.DataFrame(selector.transform(X), index=X.index)
X_test = pd.DataFrame(selector.transform(X_test), index=X_test.index)

不均衡样本处理

# 对训练数据进行 SMOTE 过采样
sampler = SMOTE(random_state=seed)
X, y = sampler.fit_resample(X, y)
print(X.shape, y.shape)
# 输出：(1844, 35) (1844,)

模型调参

XGBoost

xgb = XGBClassifier(random_state=seed)

param_grid = {
    "n_estimators": [300],
    
    "max_depth": [4],
    "min_child_weight": [1],
    
    "gamma": [0.1],
    
    "subsample": [0.8],
    "colsample_bytree": [0.2],
    
    "regalpha": [0],
    "reglambda": [0],
    
    "learning_rate": [0.1],
}

grid_search = GridSearchCV(xgb, param_grid, cv=5, scoring="accuracy", n_jobs=-1, verbose=1)
grid_search.fit(X, y)

xgb_params = grid_search.best_params_
print(xgb_params)
print(grid_search.best_score_)
# 输出：
# Fitting 5 folds for each of 1 candidates, totalling 5 fits
# {'colsample_bytree': 0.2, 'gamma': 0.1, 'learning_rate': 0.1, 'max_depth': 4, 'min_child_weight': 1, 'n_estimators': 300, 'regalpha': 0, 'reglambda': 0, 'subsample': 0.8}
# 0.8932102038411689

LightGBM

lgb = LGBMClassifier(random_state=seed, verbose=-1)

param_grid = {
    "n_estimators": [300],
    
    "max_depth": [9],
    "num_leaves": [52],
    
    "max_bin": [100],
    "min_data_in_leaf": [3],
    
    "feature_fraction": [0.7],
    "bagging_fraction": [0.8],
    "bagging_freq": [2],
    
    "lambda_l1": [0],
    "lambda_l2": [0],
    
    "min_split_gain": [0],
    
    "learning_rate": [0.1],
}

grid_search = GridSearchCV(lgb, param_grid, cv=5, scoring="accuracy", n_jobs=-1, verbose=1)
grid_search.fit(X, y)

lgb_params = grid_search.best_params_
print(lgb_params)
print(grid_search.best_score_)
# 输出：
# Fitting 5 folds for each of 1 candidates, totalling 5 fits
# {'bagging_fraction': 0.8, 'bagging_freq': 2, 'feature_fraction': 0.7, 'lambda_l1': 0, 'lambda_l2': 0, 'learning_rate': 0.1, 'max_bin': 100, 'max_depth': 9, 'min_data_in_leaf': 3, 'min_split_gain': 0, 'n_estimators': 300, 'num_leaves': 52}
# 0.9105573229645341

CatBoost

cat = CatBoostClassifier(random_state=seed, verbose=0)

param_grid = {
    "n_estimators": [300],
    
    "depth": [9],
    "rsm": [0.8],
    
    "l2_leaf_reg": [1],
    
    "learning_rate": [0.1],
}

grid_search = GridSearchCV(cat, param_grid, cv=5, scoring="accuracy", n_jobs=-1, verbose=1)
grid_search.fit(X, y)

cat_params = grid_search.best_params_
print(cat_params)
print(grid_search.best_score_)
# 输出：
# Fitting 5 folds for each of 1 candidates, totalling 5 fits
# {'depth': 9, 'l2_leaf_reg': 1, 'learning_rate': 0.1, 'n_estimators': 300, 'rsm': 0.8}
# 0.9219350182632262

模型融合

stacking = StackingClassifier(
    estimators=[
        ("xgb", XGBClassifier(random_state=seed, **xgb_params)),
        ("lgb", LGBMClassifier(random_state=seed, verbose=-1, **lgb_params)),
        ("cat", CatBoostClassifier(random_state=seed, verbose=0, **cat_params)),
    ],
    cv=5,
    n_jobs=-1,
)

stacking.fit(X, y)

y_pred = pd.Series(stacking.predict(X_test), index=X_test.index, name="Label")
prob = pd.DataFrame(stacking.predict_proba(X_test), index=X_test.index, columns=stacking.classes_)
prob.head()

伪标签

# 伪标签
idx_pseudo = prob[prob.max(axis=1) > 0.9].index
X_pesudo = X_test.loc[idx_pseudo]
y_pesudo = y_pred[idx_pseudo]

X_new = pd.concat([X, X_pesudo])
y_new = pd.concat([y, y_pesudo])
print(X_new.shape, y_new.shape)
# 输出：(2123, 35) (2123,)

重新训练并预测结果

stacking.fit(X_new, y_new)

y_pred = pd.Series(stacking.predict(X_test), index=X_test.index, name="Label")

submission = y_pred.to_frame()
submission.to_csv("submission.csv")
submission.head()

线上得分

线上得分: 0.8714