数据标准化小记

什么是数据标准化

我们平时分析一个指标的时候,或者对比数据的时候可能都有单位,比如身高(cm),体重(Kg),如果我们想要对这2个指标进行综合分析的话,就需要让指标脱离单位的限制,这应该就是数据标准化。

  • from 互动百科
    数据的标准化(normalization)是将数据按比例缩放,使之落入一个小的特定区间。在某些比较和评价的指标处理中经常会用到,去除数据的单位限制,将其转化为无量纲的纯数值,便于不同单位或量级的指标能够进行比较和加权。其中最典型的就是0-1标准化和Z标准化。

为什么要进行数据标准化

  • from 百度百科
    评价是现代社会各领域的一项经常性的工作,是科学做出管理决策的重要依据。随着人们研究领域的不断扩大,所面临的评价对象日趋复杂,如果仅依据单一指标对事物进行评价往往不尽合理,必须全面地从整体的角度考虑问题,多指标综合评价方法应运而生。所谓多指标综合评价方法,就是把描述评价对象不同方面的多个指标的信息综合起来,并得到一个综合指标,由此对评价对象做一个整体上的评判,并进行横向或纵向比较。
    而在多指标评价体系中,由于各评价指标的性质不同,通常具有不同的量纲和数量级。当各指标间的水平相差很大时,如果直接用原始指标值进行分析,就会突出数值较高的指标在综合分析中的作用,相对削弱数值水平较低指标的作用。因此,为了保证结果的可靠性,需要对原始指标数据进行标准化处理。

小例子(来源见附录):
假设对3名新生婴儿体重(5,6,7)和3名成年人的体重(150,151,152)差异的大小进行对比分析,从表面上看,两组人员的平均差异均为1斤,由此便得出两组人员的体重差异程度相同显然是不合适,因为两者的体重水平不在同一等级上,即量纲不同;

数据标准化的方法

Max-Min标准化/离差标准化

min-max标准化方法是对原始数据进行线性变换。设minA和maxA分别为属性A的最小值和最大值,将A的一个原始值x通过min-max标准化映射成在区间[0,1]中的值x',其公式为:
新数据=(原数据-最小值)/(最大值-最小值)

其缺陷是当有新数据加入时,可能导致max或min的变化,转换函数需要重新定义。

Z-score 标准化/标准差标准化/零均值标准化

这种方法基于原始数据的均值(mean)和标准差(standard deviation)进行数据的标准化。将A的原始值x使用z-score标准化到x'。
z-score标准化方法适用于属性A的最大值和最小值未知的情况,或有超出取值范围的离群数据的情况。
新数据=(原数据-均值)/标准差

标准化后的数据符合标准正态分布,即均值为0,标准差为1

该方法对离群点不敏感,当原始数据的最大值、最小值未知或离群点左右了Max-Min标准化时非常有用,Z-Score标准化目前使用最为广泛的标准化方法。

小数定标(decimal scaling)标准化

这种方法通过移动数据的小数点位置来进行标准化。小数点移动多少位取决于属性A的取值中的最大绝对值。将属性A的原始值x使用decimal scaling标准化到x'的计算方法是:
x'=x/(10^j)
其中,j是满足条件的最小整数。

例如 假定A的值由-986到917,A的最大绝对值为986,为使用小数定标标准化,我们用每个值除以1000(即,j=3),这样,-986被规范化为-0.986。

数据标准化的另一个用处

参考文章:数据的标准化处理及实际应用

比如我们有这样一份数据,学生的一份综合评分数据


我们可以看到学生的一个分布情况,但这个分数不是标准的100分制,不是很直观,我们就可以利用数据标准化进行转换
我们就是用Max-Min标准化方法


附录

参考文章:

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