金融风控0基础入门-Task3 特征工程

  • 目标
  • 一、数据预处理
  • 二、异常值处理
  • 三、数据分箱
  • 四、特征交互
  • 五、特征编码
  • 六、特征选择


目标

  • 学习特征预处理、缺失值、异常值处理、数据分桶等特征处理方法
  • 学习特征交互、编码、选择的相应方法
  • 完成相应学习打卡任务，两个选做的作业不做强制性要求，供学有余力同学自己探索

一、数据预处理

1.1 缺失值的填充
numerical_fea = list(data_train.select_dtypes(exclude=['object']).columns)
category_fea = list(filter(lambda x: x not in numerical_fea,list(data_train.columns)))
label = 'isDefault'
numerical_fea.remove(label)


# 缺失值填充
# 把所有缺失值替换为指定的值0
data_train = data_train.fillna(0)
# 向用缺失值上面的值替换缺失值
data_train = data_train.fillna(axis=0,method='ffill')
# 纵向用缺失值下面的值替换缺失值,且设置最多只填充两个连续的缺失值
data_train = data_train.fillna(axis=0,method='bfill',limit=2)
#查看缺失值情况
print(data_train.isnull().sum())

#按照平均数填充数值型特征
data_train[numerical_fea] = data_train[numerical_fea].fillna(data_train[numerical_fea].median())
data_test_a[numerical_fea] = data_test_a[numerical_fea].fillna(data_train[numerical_fea].median())
#按照众数填充类别型特征
data_train[category_fea] = data_train[category_fea].fillna(data_train[category_fea].mode())
data_test_a[category_fea] = data_test_a[category_fea].fillna(data_train[category_fea].mode())
data_train.isnull().sum()
1.2 时间格式处理
#转化成时间格式
for data in [data_train, data_test_a]:
    data['issueDate'] = pd.to_datetime(data['issueDate'],format='%Y-%m-%d')
    startdate = datetime.datetime.strptime('2007-06-01', '%Y-%m-%d')
    #构造时间特征
    data['issueDateDT'] = data['issueDate'].apply(lambda x: x-startdate).dt.days
1.3 对象类型特征转换到数值
def employmentLength_to_int(s):
    if pd.isnull(s):
        return s
    else:
        return np.int8(s.split()[0])
for data in [data_train, data_test_a]:
    data['employmentLength'].replace(to_replace='10+ years', value='10 years', inplace=True)
    data['employmentLength'].replace('< 1 year', '0 years', inplace=True)
    data['employmentLength'] = data['employmentLength'].apply(employmentLength_to_int)
# 对earliesCreditLine进行预处理
data_train['earliesCreditLine'].sample(5)
for data in [data_train, data_test_a]:
    data['earliesCreditLine'] = data['earliesCreditLine'].apply(lambda s: int(s[-4:]))

# 部分类别特征
cate_features = ['grade', 'subGrade', 'employmentTitle', 'homeOwnership', 'verificationStatus', 'purpose', 'postCode', 'regionCode', \
                 'applicationType', 'initialListStatus', 'title', 'policyCode']
for f in cate_features:
    print(f, '类型数：', data[f].nunique())

二、异常值处理

2.1 基于3segama原则
# 检测异常的方法一：均方差
#在统计学中，如果一个数据分布近似正态，那么大约 68% 的数据值会在均值的一个标准差范围内，大约 95% 会在两个标准差范围内，大约 99.7% 会在三个标准差范围内。

def find_outliers_by_3segama(data,fea):
    data_std = np.std(data[fea])
    data_mean = np.mean(data[fea])
    outliers_cut_off = data_std * 3
    lower_rule = data_mean - outliers_cut_off
    upper_rule = data_mean + outliers_cut_off
    data[fea+'_outliers'] = data[fea].apply(lambda x:str('异常值') if x > upper_rule or x < lower_rule else '正常值')
    return data
# 得到特征的异常值后可以进一步分析变量异常值和目标变量的关系
data_train = data_train.copy()
for fea in numerical_fea:
    data_train = find_outliers_by_3segama(data_train,fea)
    print(data_train[fea+'_outliers'].value_counts())
    print(data_train.groupby(fea+'_outliers')['isDefault'].sum())
    print('*'*10)
#删除异常值
for fea in numerical_fea:
    data_train = data_train[data_train[fea+'_outliers']=='正常值']
    data_train = data_train.reset_index(drop=True) 
    
# 检测异常的方法二：箱型图
# 总结一句话：四分位数会将数据分为三个点和四个区间，IQR = Q3 -Q1，下触须=Q1 − 1.5x IQR，上触须=Q3 + 1.5x IQR；
2.2 基于箱型图

三、数据分箱

分箱的基本原则：

（1）最小分箱占比不低于5%
（2）箱内不能全部是好客户
（3）连续箱单调

3.1 固定宽度分箱
#当数值横跨多个数量级时，最好按照 10 的幂（或任何常数的幂）来进行分组：09、1099、100999、10009999，等等。固定宽度分箱非常容易计算，但如果计数值中有比较大的缺口，就会产生很多没有任何数据的空箱子。

# 通过除法映射到间隔均匀的分箱中，每个分箱的取值范围都是loanAmnt/1000
data['loanAmnt_bin1'] = np.floor_divide(data['loanAmnt'], 1000)
## 通过对数函数映射到指数宽度分箱
data['loanAmnt_bin2'] = np.floor(np.log10(data['loanAmnt']))
3.2 分位数分箱
	3.2.1 离散数值型数据分箱
	3.2.2 连续数值型数据分箱
data['loanAmnt_bin3'] = pd.qcut(data['loanAmnt'], 10, labels=False)
3.3 卡方分箱

四、特征交互

4.1 特征和特征之间组合
for col in ['grade', 'subGrade']: 
    temp_dict = data_train.groupby([col])['isDefault'].agg(['mean']).reset_index().rename(columns={'mean': col + '_target_mean'})
    temp_dict.index = temp_dict[col].values
    temp_dict = temp_dict[col + '_target_mean'].to_dict()

    data_train[col + '_target_mean'] = data_train[col].map(temp_dict)
    data_test_a[col + '_target_mean'] = data_test_a[col].map(temp_dict)
4.2 特征和特征之间衍生
# 其他衍生变量 mean 和 std
for df in [data_train, data_test_a]:
    for item in ['n0','n1','n2','n2.1','n4','n5','n6','n7','n8','n9','n10','n11','n12','n13','n14']:
        df['grade_to_mean_' + item] = df['grade'] / df.groupby([item])['grade'].transform('mean')
        df['grade_to_std_' + item] = df['grade'] / df.groupby([item])['grade'].transform('std')

五、特征编码

5.1 one-hot编码

one-hot编码，又称“独热编码”。其实就是用N位状态寄存器编码N个状态，每个状态都有独立的寄存器位，且这些寄存器位中只有一位有效，说白了就是只能有一个状态。

优点：

  1. 解决了分类器处理离散数据困难的问题
  2. 一定程度上起到了扩展特征的作用（上例中从3扩展到了9）

缺点：

  1. one-hot是一个词袋模型，不考虑词与词之间的顺序问题，而在文本中，次的顺序是一个很重要的问题
  2. one-hot是基于词与词之间相互独立的情况下的，然而在多数情况中，词与词之间应该是相互影响的
    one-hot得到的特征是离散的，稀疏的

5.2 label-encode编码

# labelEncode 直接放入树模型中
# label-encode:subGrade,postCode,title
# 高维类别特征需要进行转换
for col in tqdm(['employmentTitle', 'postCode', 'title','subGrade']):
    le = LabelEncoder()
    le.fit(list(data_train[col].astype(str).values) + list(data_test_a[col].astype(str).values))
    data_train[col] = le.transform(list(data_train[col].astype(str).values))
    data_test_a[col] = le.transform(list(data_test_a[col].astype(str).values))
print('Label Encoding 完成')

六、特征选择

6.1 1 Filter
	1.方差选择法
# 方差选择法中，先要计算各个特征的方差，然后根据设定的阈值，选择方差大于阈值的特征
from sklearn.feature_selection import VarianceThreshold
#其中参数threshold为方差的阈值
VarianceThreshold(threshold=3).fit_transform(train,target_train)
2.相关系数法（pearson 相关系数）
# Pearson 相关系数 皮尔森相关系数是一种最简单的，可以帮助理解特征和响应变量之间关系的方法，该方法衡量的是变量之间的线性相关性。 结果的取值区间为 [-1，1] ， -1 表示完全的负相关， +1表示完全的正相关，0 表示没有线性相关。
from sklearn.feature_selection import SelectKBest
from scipy.stats import pearsonr
#选择K个最好的特征，返回选择特征后的数据
#第一个参数为计算评估特征是否好的函数，该函数输入特征矩阵和目标向量，
#输出二元组（评分，P值）的数组，数组第i项为第i个特征的评分和P值。在此定义为计算相关系数
#参数k为选择的特征个数

SelectKBest(k=5).fit_transform(train,target_train)
3.卡方检验
# 经典的卡方检验是用于检验自变量对因变量的相关性。 假设自变量有N种取值，因变量有M种取值，考虑自变量等于i且因变量等于j的样本频数的观察值与期望的差距。 其统计量如下： χ2=∑(A−T)2T，其中A为实际值，T为理论值
# (注：卡方只能运用在正定矩阵上，否则会报错Input X must be non-negative)
from sklearn.feature_selection import SelectKBest
from sklearn.feature_selection import chi2
#参数k为选择的特征个数

SelectKBest(chi2, k=5).fit_transform(train,target_train)
4.互信息法
# 经典的互信息也是评价自变量对因变量的相关性的。 在feature_selection库的SelectKBest类结合最大信息系数法可以用于选择特征，相关代码如下：
from sklearn.feature_selection import SelectKBest
from minepy import MINE
#由于MINE的设计不是函数式的，定义mic方法将其为函数式的，
#返回一个二元组，二元组的第2项设置成固定的P值0.5
def mic(x, y):
    m = MINE()
    m.compute_score(x, y)
    return (m.mic(), 0.5)
#参数k为选择的特征个数
SelectKBest(lambda X, Y: array(map(lambda x:mic(x, Y), X.T)).T, k=2).fit_transform(train,target_train)
6.2 2 Wrapper （RFE）
	1.递归特征消除法
# 递归特征消除法 递归消除特征法使用一个基模型来进行多轮训练，每轮训练后，消除若干权值系数的特征，再基于新的特征集进行下一轮训练。 在feature_selection库的RFE类可以用于选择特征，相关代码如下（以逻辑回归为例）：
from sklearn.feature_selection import RFE
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
#递归特征消除法，返回特征选择后的数据
#参数estimator为基模型
#参数n_features_to_select为选择的特征个数

RFE(estimator=LogisticRegression(), n_features_to_select=2).fit_transform(train,target_train)
6.3 3 Embedded
	1.基于惩罚项的特征选择法
# 基于惩罚项的特征选择法 使用带惩罚项的基模型，除了筛选出特征外，同时也进行了降维。 在feature_selection库的SelectFromModel类结合逻辑回归模型可以用于选择特征，相关代码如下：
from sklearn.feature_selection import SelectFromModel
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
#带L1惩罚项的逻辑回归作为基模型的特征选择

SelectFromModel(LogisticRegression(penalty="l1", C=0.1)).fit_transform(train,target_train)
2.基于树模型的特征选择
# 基于树模型的特征选择 树模型中GBDT也可用来作为基模型进行特征选择。 在feature_selection库的SelectFromModel类结合GBDT模型可以用于选择特征，相关代码如下：
from sklearn.feature_selection import SelectFromModel
from sklearn.ensemble import GradientBoostingClassifier
#GBDT作为基模型的特征选择
SelectFromModel(GradientBoostingClassifier()).fit_transform(train,target_train)