【机器学习】数据预处理 - 归一化和标准化

news2024/11/22 11:17:26

「作者主页」：士别三日wyx
「作者简介」：CSDN top100、阿里云博客专家、华为云享专家、网络安全领域优质创作者
「推荐专栏」：对网络安全感兴趣的小伙伴可以关注专栏《网络安全入门到精通》

数据预处理

一、数据预处理API
二、准备数据集
三、归一化处理
四、设置归一化范围
五、归一化原理
六、标准化

处理数据之前，通常会使用一些转换函数将「特征数据」转换成更适合「算法模型」的特征数据。这个过程，也叫数据预处理。

比如，我们在择偶时，有身高、体重、存款三个特征，身高是180、体重是180、存款是180000；存款的数值跟其他数据不在一个数量级，这意味着存款的对择偶结果的影响比较大，但我们认为这三个特征同样重要，这时候就需要把这些规格不同的数据转换到同一规格。

「归一化」是常用的预处理方式之一，就是把数据转换到 0~1 之间。

一、数据预处理API

sklearn.preprocessing 是数据预处理的 API

sklearn.preprocessing.MinMaxScaler( feature_range=(0,1) )

MinMaxScaler.fit_transform（ data ）：接收array类型数据，返回归一化后的array类型数据。

参数：

feature_range=(0,1)：（可选，默认0~1）指定归一化的范围，。

二、准备数据集

准备一个测试用的「数据集」，这里我们用 datasets 自带的鸢尾花数据集

from sklearn import datasets

# 获取数据源
iris = datasets.load_iris()
# 打印数据
print(iris.data)

输出：

[[5.1 3.5 1.4 0.2]
 [4.9 3.  1.4 0.2]
 ......
 [5.9 3.  5.1 1.8]]

从输出结果可以看到，数据规格都是有「差异」的，接下来，我们对数据进行归一。

三、归一化处理

fit_transform() 可以对数据进行「归一」处理

from sklearn import preprocessing
from sklearn import datasets


# 初始化
mm = preprocessing.MinMaxScaler()

# 获取数据源
iris = datasets.load_iris()

# 归一化处理
new_data = mm.fit_transform(iris.data)
print(new_data)

输出：

[[0.22222222 0.625      0.06779661 0.04166667]
 [0.16666667 0.41666667 0.06779661 0.04166667]
 ......
 [0.44444444 0.41666667 0.69491525 0.70833333]]

从结果可以看到，归一后的结果，数据规格都在 0~1 之间。

实际上，fit_transform() 不只可以 “归1” ，我们自己设置归一的范围。

四、设置归一化范围

实例化 MinMaxScaler 时，指定 feature_range 参数的值，可以设置归一的「范围」。

from sklearn import preprocessing
from sklearn import datasets


# 初始化
mm = preprocessing.MinMaxScaler(feature_range=(2,3))

# 获取数据源
iris = datasets.load_iris()

# 归一化处理
new_data = mm.fit_transform(iris.data)
print(new_data)

输出：

[[2.22222222 2.625      2.06779661 2.04166667]
 [2.16666667 2.41666667 2.06779661 2.04166667]
 ......
 [2.44444444 2.41666667 2.69491525 2.70833333]]

从输出结果可以看到，数据的范围变成 2~3 区间。

接下来，我们了解一下，MinMaxScaler 是如何进行归一的。

五、归一化原理

MinMaxScaler 根据以下「公式」进行归一：

在这里插入图片描述

以列为基准，max为一列的最大值，min为一列的最小值
mx、mi是归一指定的区间，默认mx=1，mi=0

我们准备一些测试数据：

在这里插入图片描述

我们拿特征一这一列举例，第一个数是90，先带入第一个公式：X‘=（90-60）/（90-60）=1
再带入第二个公式：X"=1*1+0=1
那么第一个数就转换成1.

知道了归一化的计算方式后，可以发现归一化存在一定的「局限性」。
归一化是根据最大值和最小值来计算的，当最大值/最小值出现异常时，比如最大值跟其他数据差的非常多，那么这种计算方式就会存在较大的误差。只适合传统精确小数据场景，对于其他场景，可以使用标准化的方式。

六、标准化

sklearn.preprocessing.StandardScaler()

StandardScaler.fit_transform（ data ）：接收array类型数据，返回保准化后的array类型数据。

我们将归一化的案例，用「标准化」函数再处理一遍

from sklearn import preprocessing
from sklearn import datasets


# 初始化
ss = preprocessing.StandardScaler()

# 获取数据源
iris = datasets.load_iris()

# 标准化处理
new_data = ss.fit_transform(iris.data)
print(new_data)

输出：

[[-9.00681170e-01  1.01900435e+00 -1.34022653e+00 -1.31544430e+00]
 [-1.14301691e+00 -1.31979479e-01 -1.34022653e+00 -1.31544430e+00]
 ......
 [ 6.86617933e-02 -1.31979479e-01  7.62758269e-01  7.90670654e-01]]