缺失值填充的几种方法

本文总结了在面试中讨论的缺失值填充方法,包括固定值、均值、中位数、众数、KNN、插值、模型预测等,并在天池精准医疗大赛数据集上进行了比较。实验选用逻辑回归模型,以F1 score作为评价指标,强调了选择填充方法应根据数据特性和应用场景来决定。

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面试不仅仅是一个找工作的过程,还是一个向面试官交流学习的过程。之前的某次面试中,聊到了缺失值填充方法,经面试官指点学到了一些技能,下面简要总结一下。

常见的缺失值填充方法有填充默认值、均值、众数、KNN填充、以及把缺失值作为新的label通过模型来预测等方式,为了介绍这几种填充方法的使用以及填充效果,本文将在真实数据集上进行简单比较。

1. 数据集介绍

数据集来源于 天池精准医疗大赛——人工智能辅助糖尿病遗传风险预测。该数据集共有1000条数据,特征共83维,加上id和label共85列,每维特征缺失数量范围为0~911。为了简单比较各种填充方法的效果,我们选取最简单的二分类模型(逻辑回归),选取F1 score作为评测指标。

读取数据集代码如下:

train_data = pd.read_csv('train_data.csv', encoding='gbk') # 读取数据集

filter_feature = ['id','label'] # 过滤无用的维度
features = []
for x in train_data.columns: # 取特征
    if x not in filter_feature:
        features.append(x)

train_data_x = train_data[features] 
train_data_y = train_data['label']
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(train_data_x, train_data_y, random_state=1) # 划分训练集、测试集

2. 常见的填充方法

(1)填充固定值

选取某个固定值/默认值填充缺失值。

train_data.fillna(0, inplace=True) # 填充 0

(2)填充均值

对每一列的缺失值,填充当列的均值。

train_data.fillna(train_data.mean(),inplace=True) # 填充均值

(3)填充中位数

对每一列的缺失值,填充当列的中位数。

train_data.fillna(train_data.median(),inplace=True) # 填充中位数

(4)填充众数

对每一列的缺失值,填充当列的众数。由于存在某列缺失值过多,众数为nan的情况,因此这里取的是每列删除掉nan值后的众数。

train_data.fillna(train_data.mode(),inplace=True) # 填充众数,该数据缺失太多众数出现为nan的情况
features_mode = {}
for f in features:
    print f,':', list(train_data[f].dropna().mode().values)
    features_mode[f] = list(train_data[f].dropna().mode().values)[0]
train_data.fillna(features_mode,inplace=True)

(5)填充上下条的数据

对每一条数据的缺失值,填充其上下条数据的值。

train_data.fillna(method='pad', inplace=True) # 填充前一条数据的值,但是前一条也不一定有值
tr
### 缺失值填充方法概述 在现实世界的场景中,数据常常存在缺失情况[^2]。为了提高模型性能和分析准确性,需要采取适当的方式对这些缺失值进行处理。以下是常见的几种缺失值填充方法: #### 方法一:前向/后向填充 通过 `fillna` 函数实现前向 (`ffill`) 或后向 (`bfill`) 填充。这种方法适用于时间序列或其他具有连续性的数据集[^1]。 ```python import pandas as pd data = pd.DataFrame({ 'A': [1, 2, None, 4], 'B': [None, 5, 6, None] }) # 使用前向填充 (forward fill) filled_ffill = data.fillna(method='ffill') print(filled_ffill) # 输出结果如下: # A B # 0 1.0 NaN # 1 2.0 5.0 # 2 2.0 6.0 # 3 4.0 6.0 ``` #### 方法二:均值、中位数或众数填充 对于数值型数据,可以用列的均值或中位数替代缺失值;而对于分类变量,则可以选择使用众数来填充[^3]。 ```python mean_value = data['A'].mean() median_value = data['B'].median() data['A'] = data['A'].fillna(mean_value) data['B'] = data['B'].fillna(median_value) print(data) ``` #### 方法三:基于特定规则的人工填补 当业务逻辑清晰时,可以根据实际需求手动指定填充值。例如,在某些领域中,“0”可能被视作隐含的缺失值。 ```python data = data.replace(0, np.nan) # 替换零为NaN ``` #### 方法四:利用插值法 线性插值是一种简单有效的手段,尤其适合于趋势平稳的时间序列数据。 ```python interpolated_data = data.interpolate(method="linear") print(interpolated_data) ``` #### 方法五:删除含有缺失值的记录 如果缺失比例较小或者不影响整体分布特性的话,可以直接移除那些包含空缺项的数据行[^4]。 ```python cleaned_data = data.dropna() ``` 以上就是一些常用的缺失值处理策略及其对应的Python代码示例说明。
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