京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
使用sklearn优雅地进行数据挖掘
1 使用sklearn进行数据挖掘
1.1 数据挖掘的步骤
数据挖掘通常包括数据采集,数据分析,特征工程,训练模型,模型评估等步骤。使用sklearn工具可以方便地进行特征工程和模型训练工作,在《使用sklearn做单机特征工程》中,我们最后留下了一些疑问:特征处理类都有三个方法fit、transform和fit_transform,fit方法居然和模型训练方法fit同名(不光同名,参数列表都一样),这难道都是巧合?
显然,这不是巧合,这正是sklearn的设计风格。我们能够更加优雅地使用sklearn进行特征工程和模型训练工作。此时,不妨从一个基本的数据挖掘场景入手:
我们使用sklearn进行虚线框内的工作(sklearn也可以进行文本特征提取)。通过分析sklearn源码,我们可以看到除训练,预测和评估以外,处理其他工作的类都实现了3个方法:fit、transform和fit_transform。从命名中可以看到,fit_transform方法是先调用fit然后调用transform,我们只需要关注fit方法和transform方法即可。
transform方法主要用来对特征进行转换。从可利用信息的角度来说,转换分为无信息转换和有信息转换。无信息转换是指不利用任何其他信息进行转换,比如指数、对数函数转换等。有信息转换从是否利用目标值向量又可分为无监督转换和有监督转换。无监督转换指只利用特征的统计信息的转换,统计信息包括均值、标准差、边界等等,比如标准化、PCA法降维等。有监督转换指既利用了特征信息又利用了目标值信息的转换,比如通过模型选择特征、LDA法降维等。通过总结常用的转换类,我们得到下表:
| 包 | 类 | 参数列表 | 类别 | fit方法有用 | 说明 |
| sklearn.preprocessing | StandardScaler | 特征 | 无监督 | Y | 标准化 |
| sklearn.preprocessing | MinMaxScaler | 特征 | 无监督 | Y | 区间缩放 |
| sklearn.preprocessing | Normalizer | 特征 | 无信息 | N | 归一化 |
| sklearn.preprocessing | Binarizer | 特征 | 无信息 | N | 定量特征二值化 |
| sklearn.preprocessing | OneHotEncoder | 特征 | 无监督 | Y | 定性特征编码 |
| sklearn.preprocessing | Imputer | 特征 | 无监督 | Y | 缺失值计算 |
| sklearn.preprocessing | PolynomialFeatures | 特征 | 无信息 | N | 多项式变换(fit方法仅仅生成了多项式的表达式) |
| sklearn.preprocessing | FunctionTransformer | 特征 | 无信息 | N | 自定义函数变换(自定义函数在transform方法中调用) |
| sklearn.feature_selection | VarianceThreshold | 特征 | 无监督 | Y | 方差选择法 |
| sklearn.feature_selection | SelectKBest | 特征/特征+目标值 | 无监督/有监督 | Y | 自定义特征评分选择法 |
| sklearn.feature_selection | SelectKBest+chi2 | 特征+目标值 | 有监督 | Y | 卡方检验选择法 |
| sklearn.feature_selection | RFE | 特征+目标值 | 有监督 | Y | 递归特征消除法 |
| sklearn.feature_selection | SelectFromModel | 特征+目标值 | 有监督 | Y | 自定义模型训练选择法 |
| sklearn.decomposition | PCA | 特征 | 无监督 | Y | PCA降维 |
| sklearn.lda | LDA | 特征+目标值 | 有监督 | Y | LDA降维 |
不难看到,只有有信息的转换类的fit方法才实际有用,显然fit方法的主要工作是获取特征信息和目标值信息,在这点上,fit方法和模型训练时的fit方法就能够联系在一起了:都是通过分析特征和目标值,提取有价值的信息,对于转换类来说是某些统计量,对于模型来说可能是特征的权值系数等。另外,只有有监督的转换类的fit和transform方法才需要特征和目标值两个参数。fit方法无用不代表其没实现,而是除合法性校验以外,其并没有对特征和目标值进行任何处理,Normalizer的fit方法实现如下:
基于这些特征处理工作都有共同的方法,那么试想可不可以将他们组合在一起?在本文假设的场景中,我们可以看到这些工作的组合形式有两种:流水线式和并行式。基于流水线组合的工作需要依次进行,前一个工作的输出是后一个工作的输入;基于并行式的工作可以同时进行,其使用同样的输入,所有工作完成后将各自的输出合并之后输出。sklearn提供了包pipeline来完成流水线式和并行式的工作。
1.2 数据初貌
在此,我们仍然使用IRIS数据集来进行说明。为了适应提出的场景,对原数据集需要稍微加工:
1.3 关键技术
并行处理,流水线处理,自动化调参,持久化是使用sklearn优雅地进行数据挖掘的核心。并行处理和流水线处理将多个特征处理工作,甚至包括模型训练工作组合成一个工作(从代码的角度来说,即将多个对象组合成了一个对象)。在组合的前提下,自动化调参技术帮我们省去了人工调参的反锁。训练好的模型是贮存在内存中的数据,持久化能够将这些数据保存在文件系统中,之后使用时无需再进行训练,直接从文件系统中加载即可。
2 并行处理
并行处理使得多个特征处理工作能够并行地进行。根据对特征矩阵的读取方式不同,可分为整体并行处理和部分并行处理。整体并行处理,即并行处理的每个工作的输入都是特征矩阵的整体;部分并行处理,即可定义每个工作需要输入的特征矩阵的列。
2.1 整体并行处理
pipeline包提供了FeatureUnion类来进行整体并行处理:
2.2 部分并行处理
整体并行处理有其缺陷,在一些场景下,我们只需要对特征矩阵的某些列进行转换,而不是所有列。pipeline并没有提供相应的类(仅OneHotEncoder类实现了该功能),需要我们在FeatureUnion的基础上进行优化:
View Code
在本文提出的场景中,我们对特征矩阵的第1列(花的颜色)进行定性特征编码,对第2、3、4列进行对数函数转换,对第5列进行定量特征二值化处理。使用FeatureUnionExt类进行部分并行处理的代码如下:
3 流水线处理
pipeline包提供了Pipeline类来进行流水线处理。流水线上除最后一个工作以外,其他都要执行fit_transform方法,且上一个工作输出作为下一个工作的输入。最后一个工作必须实现fit方法,输入为上一个工作的输出;但是不限定一定有transform方法,因为流水线的最后一个工作可能是训练!
根据本文提出的场景,结合并行处理,构建完整的流水线的代码如下:
网格搜索为自动化调参的常见技术之一,grid_search包提供了自动化调参的工具,包括GridSearchCV类。对组合好的对象进行训练以及调参的代码如下:
externals.joblib包提供了dump和load方法来持久化和加载内存数据:
| 包 | 类或方法 | 说明 |
| sklearn.pipeline | Pipeline | 流水线处理 |
| sklearn.pipeline | FeatureUnion | 并行处理 |
| sklearn.grid_search | GridSearchCV | 网格搜索调参 |
| externals.joblib | dump | 数据持久化 |
| externals.joblib | load | 从文件系统中加载数据至内存 |
注意:组合和持久化都会涉及pickle技术,在sklearn的技术文档中有说明,将lambda定义的函数作为FunctionTransformer的自定义转换函数将不能pickle化。
7 总结2015年我设计了一个基于sklearn的自动化特征工程的工具,其以Mysql数据库作为原始数据源,提供了“灵活的”特征提取、特征处理的配置方法,同时重新封装了数据、特征和模型,以方便调度系统识别。说灵活,其实也只是通过配置文件的方式定义每个特征的提取和处理的sql语句。但是纯粹使用sql语句来进行特征处理是很勉强的,除去特征提取以外,我又造了一回轮子,原来sklearn提供了这么优秀的特征处理、工作组合等功能。所以,我在这个博客中先不提任何算法和模型,先从数据挖掘工作的第一步开始,使用基于Python的各个工具把大部分步骤都走了一遍(抱歉,我暂时忽略了特征提取),希望这样的梳理能够少让初学者走弯路吧。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
先回答:下半年能考的证书,大致分四类 2026年下半年仍有报名或考试安排的证书,主要集中在四个方向:财会金融类(如注册会计师 ...
2026-10-27毕业后该考什么证书,答案不是一张热门榜单,而是一个顺序问题:先确定你要投的岗位方向,再判断哪些证书现在就能报、哪些要等工 ...
2026-10-2734岁考证,和二十多岁刚毕业时不是同一道题。这个年龄找工作,招聘方通常已经默认你有十年上下的工作积累,会拿“经验能不能直接 ...
2026-10-27咨询岗位最该优先掌握的不是某个工具,而是四类能串起项目全流程的能力:问题定义与结构化拆解、指标与对比分析、数据获取与清洗 ...
2026-10-27多数咨询岗位需要一定程度的数据分析能力,但“需要”不等于“必须会写代码或建模型”。咨询顾问至少要能看懂客户给的数据、把业 ...
2026-10-27咨询岗位的分析能力,不是“会套框架”或“PPT写得漂亮”,而是一条从问题到结论的能力链:问题拆解—假设验证—信息获取—数据 ...
2026-10-27需要,而且它不是“加分项”,是日常工作的基本工具。直播运营每天要面对选品排期、流量承接、转化复盘和投流决策,这些任务的结 ...
2026-10-27证券分析师的培训需求,最好从“最终要交什么”往回推。日常输出大致四类:行业跟踪报告、财报拆解与盈利预测、估值模型、路演与 ...
2026-10-27先给答案:一张四层知识地图 如果只用一句话回答“证券分析师最重要的知识是什么”,答案是:以财务分析和估值建模为硬核,以行 ...
2026-10-27市场策划不是“会写文案、能办活动”这么简单。招聘方真正考察的,是你能否围绕一个业务目标,完成从调研、人群判断、创意主题、 ...
2026-10-27市场运营想靠学习推动职业发展,容易掉进两个坑:一是把课程清单当能力清单,学完不知道用在哪;二是只补营销方法,遇到渠道效果 ...
2026-10-27产品运营做久了,很容易陷入一种忙碌:活动一场接一场,功能推了一版又一版,日报周报天天写,但说不清自己到底积累了什么。想提 ...
2026-10-27运营岗的“快速提升”,不是把Excel、SQL、Python挨个学一遍,而是先补上能立刻改变工作产出的能力。判断标准很直接:同样一场活 ...
2026-10-27优秀市场专员的能力不是单点技能堆出来的,而是“用户洞察—内容与活动策划—渠道获客—数据复盘”四块形成闭环。想快速上手,正 ...
2026-10-27运营专员的“通用知识”,不是一份越长越好的工具清单,而是能支撑日常任务判断的一套底盘。不同细分方向差异很大:用户运营更关 ...
2026-10-27运营专员最常见的困境不是不忙,而是忙完之后说不清效果:活动做了、内容发了、社群拉了人,汇报时却只有“曝光多少、入群多少” ...
2026-10-27运营经理提升职业知识,靠的不是多报几门课,而是先有一张自己的“知识地图”,再按当前岗位最卡壳的环节排顺序。比较实用的做法 ...
2026-10-27运营岗位的能力素质提升,核心不是把工具学一遍,而是围绕“目标拆解—用户洞察—执行落地—数据复盘”四层能力逐层补齐。工具是 ...
2026-10-27运营岗位的能力提升,最容易走成两条弯路:一是把“提升”等同于学工具,Excel、SQL、Python挨个报班,回到工作里还是凭经验拍脑 ...
2026-10-27运营岗最容易陷入的学习误区,是把“提升”等同于收藏平台玩法、追热点模板、背活动话术。这些内容有用,但迁移性差:换个行业、 ...
2026-10-27