【ML特征工程】第 1 章：机器学习管道

news2024/12/22 17:14:02

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文章目录

数据

任务

Models

特征

模型评估

在深入研究特征工程之前，让我们花点时间看一下整个机器学习管道。这将帮助我们了解应用程序的大局。为此，我们将从对数据和模型等基本概念进行一些思考开始。

数据

我们所说的数据是对现实世界现象的观察。例如，股票市场数据可能涉及对每日股票价格的观察、个别公司的收益公告，甚至专家的意见文章。个人生物识别数据可以包括我们每分钟的心率、血糖水平、血压等的测量值。客户智能数据包括观察结果，例如“爱丽丝星期天买了两本书”、“鲍勃在网站上浏览了这些页面， ”和“查理点击了上周的特别优惠链接。” 我们可以想出无数跨不同领域的数据示例。

每条数据都为了解现实的有限方面提供了一个小窗口。所有这些观察结果的集合为我们提供了整体图景。但是图片很乱，因为它是由上千个小块组成的，而且总是有测量噪声和丢失的小块。

任务

我们为什么收集数据？有数据可以解答的问题帮助我们回答诸如“我应该投资哪些股票？”之类的问题或“我怎样才能过上更健康的生活方式？” 或者“我怎样才能了解客户不断变化的口味，以便我的企业可以更好地为他们服务？”

从数据到答案的路径充满了错误的开始和死胡同（见图 1-1). 一开始看起来很有前途的方法可能不会成功。最初只是一种预感可能最终会导致最佳解决方案。包含数据的工作流通常是多阶段的迭代过程。例如，股票价格是在交易所观察到的，由像汤森路透这样的中介机构汇总，存储在数据库中，由公司购买，转换为 Hadoop 集群上的 Hive 存储，通过脚本从存储中提取，二次抽样，由另一个脚本处理和清理，转储到一个文件，并转换为您可以在您最喜欢的 R、Python 或 Scala 建模库中试用的格式。然后将预测转储回 CSV 文件并由评估者解析，模型被多次迭代，由您的生产团队用 C++ 或 Java 重写，

图 1-1。数据和答案之间的分叉路径花园

然而，如果我们暂时忽略工具和系统的混乱，我们可能会看到这个过程涉及两个数学实体，它们是机器学习的基础：模型和特征。

Models

试图通过数据来理解世界就像试图用一个嘈杂的、不完整的拼图游戏和一堆额外的碎片来拼凑现实。这是数学的地方建模——在特定的统计模型——进来了。统计语言包含许多常见的数据特征的概念，例如错误的、冗余的或缺失的。错误的数据是结果的测量错误。冗余数据包含传达完全相同信息的多个方面。例如，星期几可能作为分类变量出现，其值为“星期一”、“星期二”、...“星期日”，并再次作为 0 到 6 之间的整数值包含在内。如果某些数据点不存在该星期几信息，那么您手头的数据就丢失了。

数据的数学模型描述了数据不同方面之间的关系。例如，预测股票价格的模型可能是一个将公司的盈利历史、过去的股票价格和行业映射到预测股票价格的公式。推荐音乐的模型可能会衡量用户之间的相似性（基于他们的收听习惯），并向听过很多相同歌曲的用户推荐相同的艺术家。

数学公式将数值量相互联系起来。但原始数据通常不是数字。（“爱丽丝在星期三购买了指环王三部曲”这个动作不是数字，她随后写的关于这本书的评论也不是数字。）必须有一个片段将两者联系在一起。这就是功能发挥作用的地方。

特征

特征是原始数据的数字表示。有很多方法可以将原始数据转化为数字测量值，这就是为什么特征最终看起来像很多东西的原因。自然地，特征必须源自可用的数据类型。也许不太明显的是它们也与模型相关联；有些模型更适合某些类型的特征，反之亦然。正确的特征与手头的任务相关，并且应该易于模型摄取。特征工程是在给定数据、模型和任务的情况下制定最合适的特征的过程。

特征的数量也很重要。如果没有足够的信息特征，那么模型将无法完成最终的任务。如果特征太多，或者其中大部分不相关，那么模型的训练成本会更高，也更难训练。在影响模型性能的训练过程中可能会出现某些问题。