数据科学入门,使用 xgboost 初试 kaggle

此文主要用于个人备忘


kaggle 目前是散兵游勇使用真实数据进行机器学习实践的最佳场所,拥有真实的数据和大量有经验的参赛者,以及良好的讨论共享氛围。

基于树的 boosting/ensemble 方法在实战中取得良好效果,陈天奇提供的高质量的算法实现 xgboost 也使得构建基于该方法的解决方案更加容易高效,很多比赛的获胜方案都使用了 xgboost 。

本文记录一个从零开始到最终用 xgboost 给出一个完整模型的全部(简略但是完整)过程,如果你对机器学习有一些基本概念的了解,但是没有在真实数据上实战过,那么本文可能正对你需求,: )。


实战,Homesite Competition

不闻不若闻之,闻之不若见之;见之不若知之,知之不若行之;学至于行而止矣
-- 荀子

那我们开始一个具体的比赛,Homesite Competition ,这个比赛是保险公司根据以往的用户信息和保险报价,以及最后是否购买了保险这些数据,希望最后得到一个分类模型,根据用户信息和报价,预测该用户是否会购买该单保险。

有很多参赛者会放出自己的代码供大家参考讨论(在 kaggle 中这样一份供大家共享讨论的代码称为一个 kernel)。我们从一个简略但是效果还不错的基于 xgboost 的代码开始。

Homesite Competition 所需的数据和前面提到的 kernel 代码下载下来后,各文件的结构大致如下:

所需文件

如果你已经装好了 numpy, scikit-learn, pandas, xgboost 等需要的包,那么进入 src 文件夹运行代码就可以产出一份结果了。


代码详解

一行一行详细的介绍就太啰嗦了,挑一些重要的部分写上注释:

读入数据

首先是导入需要的包,然后读取数据,查看一下数据大概长什么样子:


读入数据
去掉无意义的feature

QuoteNumber 只是用来标识每单生意的一个属性,没有任何物理含义,可以放心地从 feature 中去掉,不用担心影响训练出的模型效果:

去掉一列没有用的属性
转换feature到更有物理含义的格式

发现数据中的日期只是 str, 我们需要将它转为 datetime :

检查日期属性
转换日期为datetime

如果我们将 datetime 转为年月日,则为物理含义更好的 feature:

将 datetime 转为年月日

然后就可以把 datetime 一列去掉了:

去掉 datetime 列
检查缺失值

其实这一步应该更早一点做,不过就本文中涉及的数据倒没太大影响。

发现数据中确实有缺失值,


检查是否有缺失值

看看这些缺失的数据大致在哪儿,长什么样:

看看缺失值在哪儿

虽然 xgboost 内置了对缺失值的处理,但是更合理的处理方式总是需要具体数据具体分析的,可以看 Detailed Data Cleaning/Visualization 这个kernel里是怎么对缺失值做处理的。
这里先简单处理一下,把所有缺失值填上一个不太可能出现的取值:

简单填充缺失值,这里当然可以做更细致的处理,如对数值类型的数据填上众数,但在这个任务里影响不大
对类别性质的feature做LabelEncode

现实数据中很多特征并不是数值类型,而是类别类型,比如红色/蓝色/白色之类,虽然决策树天然擅长处理类别类型的特征,但是还是需要我们把原始的字符串值转为类别编号。

发现train和test中的feature并不一致,train中的QuoteConversion_Flag属性在test中没有(这里的QuoteConversion_Flag是表示这一单生意最后是否做成,test_set里当然不应该有这一属性,不然让你预测个啥),

trainset 和 testset 的属性展示

而其他的属性都是一样的:

差别只限于 QuoteConverion_Flag

对非数值类型的特征做 LabelEncode:

LabelEncode

做完之后字符串转为类别编号:

attributes after LabelEncoding
使用 CV (cross validation) 做 xgb 分类器模型的调参

使用 CV 来调超参,当然参数空间是自己选的:

cv 调参,StratifiedKFold 会保留每个 fold 中正负样本的比例与样本全集中的该比例一致

导出最后的结果:

输出 best model

当然你也可以看看各参数下的模型的表现是怎样的:

各超参下的模型结果对比

到这里,基本上就完成了该次虽然简略,但也大体完整的数据分析实战了。

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