数据分类与聚合学习

该文展示了如何使用pandas读取CSV数据,进行排序,处理分类数据并创建矩阵。接着,通过matplotlib绘制条形图展示各分类频率。此外,文中还涉及了数据聚合操作,如count、join、merge以及多重分组,分析了数据集中店铺分布和书籍出版年份的相关统计信息。
import pandas as pd
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

file_path="D:\学习\数据分析资料\数据分析资料\day04\code\IMDB-Movie-Data.csv"
t=pd.read_csv(file_path)
print(type(t))
t=t.sort_values(by="Metascore",ascending=False)

temp_list=t["Genre"].str.split(",").tolist()
genre_list=list(set([i for j in temp_list for i in j]))

zeros_t=pd.DataFrame(np.zeros((t.shape[0],len(genre_list))),columns=genre_list)
print(zeros_t.shape)
for i in range(t.shape[0]):
    zeros_t.loc[i,temp_list[i]]=1

genre_count=zeros_t.sum(axis=0)
genre_count=genre_count.sort_values(ascending=False)
print(genre_count)

plt.figure(figsize=(20,10),dpi=100)
_x=genre_count.index
_y=genre_count.values

plt.bar(range(len(_x)),_y)
plt.xticks(range(len(_x)),_x)
plt.show()
import pandas as pd
import numpy as np


# #join & merge 函数
# t=pd.DataFrame(np.ones((2,4)),index=["a","b"],columns=list("abcd"))
# #index columns用[]中括号和list,注意区别
# t2=pd.DataFrame(np.zeros((3,3)),index=list("a23"),columns=list("ABC"))
# a=t.join(t2)
# #join 函数,按照index 索引进行拼接,行索引不变,列增加
# #merge函数,
# print(a)


#数据聚合
file_path="D:\学习\数据分析资料\数据分析资料\day05\code\starbucks_store_worldwide.csv"
t=pd.read_csv(file_path)
# grp=t.groupby(by="Country")  #group 以后变成元组(str,DataFrame)
# for i in grp:
#     print(i)
#     for j in i:
#         print(j)

# #调用聚合方法
# country_num=grp["Brand"].count()#通过brand 列数据统计每个国家的数量
# print(country_num)
# print(country_num["CH"]) #打印中国的店铺数量数据

#统计中国每个省店铺数量
# china_data=t[t["Country"]=="CN"] #获取中国区的数据
# group_china=china_data.groupby(by="State/Province")["Brand"].count()
# print(group_china)

#多重分组
t1=t.groupby(by=[t["Country"],t["State/Province"]])["Brand"].count()
print(t1,type(t1)) #t1类型是series数据
t2=t["Brand"].groupby(by=[t["Country"],t["State/Province"]]).count()
print(t2,type(t2)) #t2类型是series数据
t3=t[["Brand"]].groupby(by=[t["Country"],t["State/Province"]]).count()
print(t3,type(t3)) #t3类型是DataFrame

#分组聚合方法
# count 分组中非NA值的数量
# sum 非NA值得和
# mean 非NA值得平均
# median 非NA值得算术中位数
# std/var
# min max非NA最大值,最小值


import numpy as np
import pandas as pd
import string
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import font_manager

my_font=font_manager.FontProperties(fname="C:\Windows\Fonts\AdobeHeitiStd-Regular.otf")

# file_path="D:\学习\数据分析资料\数据分析资料\day05\code\starbucks_store_worldwide.csv"
# t=pd.read_csv(file_path)

# t1=t[["Brand"]].groupby(by=[t["Country"],t["State/Province"]]).count()
#
# print(t1.index)
# print(t1.columns)

# t2=pd.DataFrame(np.arange(24).reshape(4,6),index=list(string.ascii_uppercase[:4]),columns=list("PKSSyy"))
# print(t2)
# t2.index=["x","y","z","t"]
# print(t2)
#
# t3=t2.reindex(list("xk"))
# print(t3)
#
# #使用其中的某一列作为index
# t4=t2.set_index("P") #P列作为索引,P列消失
# print(t4)
# t5=t2.set_index("P",drop=False) #P列作为索引,P列保留
# print(t5)
#
# #unique()函数
# t6=pd.DataFrame(np.zeros((5,5)),index=list(string.ascii_uppercase[:5]),columns=list("PKSSy"))
# # print(t6)
# # k=t6["P"].unique()
# # print(k)
#
# t7=pd.DataFrame(np.arange(25).reshape(5,5),index=list(string.ascii_uppercase[:5]),columns=list("PKSSy"))
# print(t7)
# k=t7["P"].unique()
# print(k)
#
# t8=t7.set_index("P",drop=False)
# print(t8)
# #求index中不重复的数据
# print(t8.set_index("K").index.unique())
#
# #设置多重索引
# t9=t7.set_index(["P","K"])
# print(t9)
# t10=t9.swaplevel()  #转换行索引的排序
# print(t10)


#使用matplotlib呈现出店铺总数排名前10的国家

# file_path="D:\学习\数据分析资料\数据分析资料\day05\code\starbucks_store_worldwide.csv"
# t=pd.read_csv(file_path)

# t1=t.groupby(by="Country").count()["Brand"].sort_values(ascending=False)[:10]
#
# _x=t1.index
# _y=t1.values
#
# plt.figure(figsize=(20,8),dpi=80)
# plt.bar(range(len(list(_x))),_y)
# plt.xticks(range(len(list(_x))),list(_x))
# plt.show()

# #使用matplotlib呈现出中国每个城市的店铺数量
# t2=t[t["Country"]=="CN"]
# t3=t2.groupby(by="City")["Brand"].count().sort_values(ascending=False)
#
# _x=t3.index
# _y=t3.values
#
# plt.figure(figsize=(20,8),dpi=80)
# plt.bar(range(len(_x)),_y)
# plt.xticks(list(range(len(_x)))[::5],list(_x)[::5],fontproperties=my_font)
# plt.show()

# 现在我们有全球排名靠前的10000本书的数据,那么请统计一下下面几个问题:
# 不同年份书的数量
# 不同年份书的平均评分情况

file_path=r"D:\学习\数据分析资料\数据分析资料\day05\code\books.csv"
p=pd.read_csv(file_path)
# p=p[pd.notnull(p["original_publication_year"])]
# t=p.groupby(by="original_publication_year").count()["id"].sort_values(ascending=False)
# print(t)

t2=p.groupby(by="original_publication_year")["average_rating"].mean()
# t3=p["average_rating"].groupby(by="original_publication_year").count()
print(t3)
<think> 首先,用户的问题是基于之前的对话历史,引用了一些内容,但根据系统指令,用户真正的需求是:"我想查找基于机器学习数据聚合分类方法 请问基于机器学习数据聚合分类方法"。所以,我需要专注于这个问题。 回顾系统级指令: - 所有行内数学表达式必须用$...$格式。 - 独立公式用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题,尽量保证回答真实可靠。 用户提供的引用: - [^1] 讨论了基于聚类的分类数据保护方法,包括算法流程、评估指标等。 - [^2] 解释了聚类和分类的区别:分类是监督学习,聚类是无监督学习。 - [^3] 提到系统聚类的分类数确定方法。 用户的问题是关于"基于机器学习数据聚合分类方法"。这里的"数据聚合分类"可能指的是将数据聚合后进行分类,或者是结合聚合分类的方法。根据引用[^1],它提到了"基于聚类的分类数据保护方法",这可能相关。 核心概念: - "数据聚合"通常指的是将数据分组或聚类,以减少数据量或发现模式。 - "分类"是预测类别标签。 所以,用户可能是在询问如何将聚类用于分类任务,或者如何结合数据聚合分类的机器学习方法。 可能的回答结构: 1. **理解需求**:先澄清用户的问题。用户说的是"数据聚合分类方法",可能指的是使用聚合(如聚类)来辅助分类。 2. **解释概念**:简述什么是数据聚合分类。 3. **介绍方法**:讨论基于机器学习的结合方法,比如: - 使用聚类作为预处理步骤,然后进行分类(例如,聚类后对每个簇训练分类器)。 - 半监督学习,其中聚类用于未标记数据。 - 具体算法如基于聚类的分类(clustering-based classification)。 4. **引用相关部分**:自然地引用提供的引用内容。例如,引用[^1]讨论了基于聚类的数据保护方法,这可能扩展到分类任务。 5. **逐步解决问题**:结构清晰,分步骤解释。 6. **生成相关问题**:在最后添加相关问题。 生成相关问题: - 根据指令§§相关问题§§,需要添加2-3个相关问题。 使用中文回答。 确保LaTeX正确: - 行内数学表达式:例如,$k$-means聚类。 - 独立公式:如果需要,比如聚类公式。 回答大纲: 1. **引言**:解释用户的问题,介绍数据聚合分类方法。 2. **方法概述**:描述常见方法。 - 聚类作为特征工程:先聚类,然后用聚类结果作为新特征进行分类。 - 聚类后分类:对每个簇单独训练分类器。 - 集成方法:结合聚类和分类模型。 3. **具体算法**:提到一些机器学习算法。 - 例如,K-means聚类结合决策树分类。 - 引用[^1]中的方法。 4. **步骤**:如何实现。 5. **引用**:自然地添加引用标识。 6. **结论**:总结。 7. **相关问题**:生成2-3个问题。 引用标识: - 在相关段落末尾添加[^1], [^2], [^3]。 最终回答: - 确保真实可靠,基于机器学习知识。 </think>### 基于机器学习数据聚合分类方法解析 在机器学习领域,"数据聚合分类方法"通常指结合数据聚合(如聚类)和分类算法的技术,用于在数据预处理或模型构建中提升分类性能。数据聚合通过将相似数据点分组(如聚类),减少噪声、降维或发现潜在结构,然后在此基础上应用分类模型进行预测。以下我将逐步解释核心概念、常见方法和实现步骤,确保回答清晰可靠。 #### 1. **理解数据聚合分类方法的核心概念** - **数据聚合**:指将原始数据分组或压缩的过程,常用聚类算法实现(如K-means、层次聚类)。聚合后,每组数据被视为一个"簇",提取簇特征(如簇中心、大小)作为新输入。 - **分类**:指基于标记数据训练模型,预测新数据的类别标签,属于监督学习(如决策树、SVM)。 - **结合方式**:聚合作为预处理步骤,帮助简化分类任务,尤其适用于高维数据或未标记数据较多的情况。例如: - 先聚类整个数据集,然后用簇信息增强分类特征。 - 对每个簇单独训练分类器,适用于数据分布不均匀的场景。 - 聚类可视为无监督学习(无需先验标签),而分类是监督学习,两者结合常用于半监督学习框架[^2]。 引用[^1]中提到基于聚类的数据保护方法,强调了聚类在数据预处理中的作用,这可以扩展到分类任务:通过聚合减少数据敏感度或提升分类效率[^1]。 #### 2. **常见基于机器学习数据聚合分类方法** 以下是几种典型方法,结合了聚合分类步骤。假设数据集为$D = \{(\mathbf{x}_i, y_i)\}_{i=1}^n$,其中$\mathbf{x}_i$是特征向量,$y_i$是类别标签。 - **方法一:聚类作为特征工程** - **原理**:先对数据应用聚类算法(如K-means),生成簇标签,然后将簇特征(如簇中心距离、簇大小)作为新特征加入原始数据集,再训练分类模型。 - **算法示例**: - 聚类步骤:使用K-means算法将数据划分为$k$个簇,簇中心为$\mathbf{c}_j$($j=1,\dots,k$)。 - 特征增强:为每个样本$\mathbf{x}_i$添加特征,例如到最近簇中心的距离$d_i = \min_j \|\mathbf{x}_i - \mathbf{c}_j\|$。 - 分类步骤:在增强数据集上训练分类器(如逻辑回归或随机森林)。 - **优点**:简单高效,能处理高维数据;适用于数据量大的场景。 - **缺点**:聚类质量直接影响分类性能;需选择合适的$k$值(可通过肘部法或聚合系数法优化,如引用[^3]所示)。 **独立公式示例(K-means聚类目标函数)**: $$ \sum_{i=1}^n \sum_{j=1}^k \mathbf{1}_{\{z_i = j\}} \|\mathbf{x}_i - \mathbf{c}_j\|^2 $$ 其中$z_i$是样本$\mathbf{x}_i$的簇标签。 - **方法二:聚类后分簇分类** - **原理**:先聚类整个数据集,然后在每个簇内部独立训练分类器。尤其适合数据存在天然子群体时(如用户分群后预测行为)。 - **算法流程**: 1. 聚类:使用层次聚类或DBSCAN算法生成$m$个簇。 2. 分簇训练:对每个簇$C_j$,使用其标记数据训练一个本地分类器(如朴素贝叶斯)。 3. 预测:新样本先分配到最近簇,再用该簇的分类器预测。 - **优点**:处理异构数据效果好;可并行化。 - **缺点**:若簇内数据少,分类器可能过拟合;引用[^2]指出聚类属无监督学习,需确保簇内数据分布一致[^2]。 - **方法三:半监督学习结合** - **原理**:在部分标记数据中,用聚类聚合未标记数据,辅助分类模型训练(如自训练或协同训练)。 - **示例算法**:标签传播算法。 - 聚合:基于相似度构建图模型,聚类未标记点。 - 分类:迭代更新标签,训练SVM分类器。 - **优点**:有效利用未标记数据,提升模型泛化。 - **缺点**:计算复杂度高。 引用[^3]的方法对比分析中提到系统聚类,其分类数可通过聚合系数法确定,确保簇结构稳定后再应用分类[^3]。 #### 3. **实现步骤代码示例** 以下是一个Python示例,使用K-means聚类增强特征后训练分类器(以Scikit-learn库为例): ```python from sklearn.cluster import KMeans from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier from sklearn.datasets import make_classification from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import accuracy_score # 生成示例数据集 X, y = make_classification(n_samples=1000, n_features=20, random_state=42) X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42) # 步骤1: 数据聚合 - 使用K-means聚类(k=3) kmeans = KMeans(n_clusters=3, random_state=42) kmeans.fit(X_train) train_cluster_labels = kmeans.predict(X_train) test_cluster_labels = kmeans.predict(X_test) # 步骤2: 特征增强 - 添加簇中心和距离特征 # 计算每个样本到簇中心的距离 train_distances = kmeans.transform(X_train) test_distances = kmeans.transform(X_test) # 合并原特征和新特征 X_train_augmented = np.hstack([X_train, train_distances]) X_test_augmented = np.hstack([X_test, test_distances]) # 步骤3: 训练分类器 clf = RandomForestClassifier(random_state=42) clf.fit(X_train_augmented, y_train) y_pred = clf.predict(X_test_augmented) # 评估性能 accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred) print(f"分类准确率: {accuracy:.2f}") ``` - **输出说明**:此代码首先生成聚合特征,然后训练随机森林分类器。在实际应用中,可调整聚类算法(如引用[^3]的层次聚类)和分类器类型。 #### 4. **方法评估最佳实践** - **评估指标**:分类性能用准确率、F1-score等;聚合质量用轮廓系数或簇内距离。 - **最佳实践**: - 数据预处理:标准化特征以确保聚类效果。 - 参数调优:通过交叉验证选择聚类数$k$和分类器超参。 - 场景适用:推荐用于图像识别(聚合相似区域)、客户细分(聚类后预测购买行为)等。 - **局限性改进**:若数据标签稀缺,优先半监督方法;引用[^1]的实验表明聚合可提升数据保护性,类似地能提高分类鲁棒性[^1]。 ### 相关问题 1. 如何选择聚类算法来优化数据聚合分类的性能? 2. 数据聚合分类方法在哪些实际应用(如推荐系统)中效果显著? 3. 如何处理聚合分类中的类别不平衡问题
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