數據科學入門,使用 xgboost 初試 kaggle

此文主要用于個人備忘


kaggle 目前是散兵游勇使用真實數據進行機器學習實踐的最佳場所,擁有真實的數據和大量有經驗的參賽者,以及良好的討論共享氛圍。

基于樹的 boosting/ensemble 方法在實戰中取得良好效果,陳天奇提供的高質量的算法實現 xgboost 也使得構建基于該方法的解決方案更加容易高效,很多比賽的獲勝方案都使用了 xgboost 。

本文記錄一個從零開始到最終用 xgboost 給出一個完整模型的全部(簡略但是完整)過程,如果你對機器學習有一些基本概念的了解,但是沒有在真實數據上實戰過,那么本文可能正對你需求,: )。


實戰,Homesite Competition

不聞不若聞之,聞之不若見之;見之不若知之,知之不若行之;學至于行而止矣
-- 荀子

那我們開始一個具體的比賽,Homesite Competition ,這個比賽是保險公司根據以往的用戶信息和保險報價,以及最后是否購買了保險這些數據,希望最后得到一個分類模型,根據用戶信息和報價,預測該用戶是否會購買該單保險。

有很多參賽者會放出自己的代碼供大家參考討論(在 kaggle 中這樣一份供大家共享討論的代碼稱為一個 kernel)。我們從一個簡略但是效果還不錯的基于 xgboost 的代碼開始。

Homesite Competition 所需的數據和前面提到的 kernel 代碼下載下來后,各文件的結構大致如下:

所需文件

如果你已經裝好了 numpy, scikit-learn, pandas, xgboost 等需要的包,那么進入 src 文件夾運行代碼就可以產出一份結果了。


代碼詳解

一行一行詳細的介紹就太啰嗦了,挑一些重要的部分寫上注釋:

讀入數據

首先是導入需要的包,然后讀取數據,查看一下數據大概長什么樣子:


讀入數據
去掉無意義的feature

QuoteNumber 只是用來標識每單生意的一個屬性,沒有任何物理含義,可以放心地從 feature 中去掉,不用擔心影響訓練出的模型效果:

去掉一列沒有用的屬性
轉換feature到更有物理含義的格式

發現數據中的日期只是 str, 我們需要將它轉為 datetime :

檢查日期屬性
轉換日期為datetime

如果我們將 datetime 轉為年月日,則為物理含義更好的 feature:

將 datetime 轉為年月日

然后就可以把 datetime 一列去掉了:

去掉 datetime 列
檢查缺失值

其實這一步應該更早一點做,不過就本文中涉及的數據倒沒太大影響。

發現數據中確實有缺失值,


檢查是否有缺失值

看看這些缺失的數據大致在哪兒,長什么樣:

看看缺失值在哪兒

雖然 xgboost 內置了對缺失值的處理,但是更合理的處理方式總是需要具體數據具體分析的,可以看 Detailed Data Cleaning/Visualization 這個kernel里是怎么對缺失值做處理的。
這里先簡單處理一下,把所有缺失值填上一個不太可能出現的取值:

簡單填充缺失值,這里當然可以做更細致的處理,如對數值類型的數據填上眾數,但在這個任務里影響不大
對類別性質的feature做LabelEncode

現實數據中很多特征并不是數值類型,而是類別類型,比如紅色/藍色/白色之類,雖然決策樹天然擅長處理類別類型的特征,但是還是需要我們把原始的字符串值轉為類別編號。

發現train和test中的feature并不一致,train中的QuoteConversion_Flag屬性在test中沒有(這里的QuoteConversion_Flag是表示這一單生意最后是否做成,test_set里當然不應該有這一屬性,不然讓你預測個啥),

trainset 和 testset 的屬性展示

而其他的屬性都是一樣的:

差別只限于 QuoteConverion_Flag

對非數值類型的特征做 LabelEncode:

LabelEncode

做完之后字符串轉為類別編號:

attributes after LabelEncoding
使用 CV (cross validation) 做 xgb 分類器模型的調參

使用 CV 來調超參,當然參數空間是自己選的:

cv 調參,StratifiedKFold 會保留每個 fold 中正負樣本的比例與樣本全集中的該比例一致

導出最后的結果:

輸出 best model

當然你也可以看看各參數下的模型的表現是怎樣的:

各超參下的模型結果對比

到這里,基本上就完成了該次雖然簡略,但也大體完整的數據分析實戰了。

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