Python 实现孤立森林算法。

孤立森林是一种旨在通过构建随机化的决策树(Decision Tree)来识别数据集中的异常点的算法。其特点如下:

  1. 随机森林构建:通过设定的孤立树数量和子采样大小,随机构建多棵孤立树。每棵树都是通过对数据进行随机抽样并在随机选择的特征上进行切割来构建,形成一种随机森林结构。
  2. 递归划分空间:在每一棵树中,通过随机选取的特征和切割点递归地划分数据空间,将数据集分到树的不同节点上。这一过程持续进行,直到达到了树的高度限制或者数据无法进一步分割(即被孤立)。
  3. 异常检测评分:在测试阶段,每个数据点的异常程度是通过其在树中被孤立的速度来评估的。简单来说,一个样本在树中路径越短,被孤立得越快,就越可能被视为异常。整个森林中所有树对同一个数据点的平均路径长度形成了该点的异常评分。

如下是代码示例:

import numpy as np
import scipy.io

data = scipy.io.loadmat('lympho.mat')['X']
labels = scipy.io.loadmat('lympho.mat')['y']

# 定义孤立森林类
class Isolation_Forest:
    # 定义初始化森林的构造函数
    def __init__(self, num_trees, subsample_size):
        # 孤立树的个数
        self.num_trees = num_trees
        # 子采样的大小
        self.subsample_size = subsample_size
        # 存储孤立树的列表
        self.trees = []
    # 定义训练孤立森林的函数
    def fit_ioslayion_forest(self, x):
        num_samples = x.shape[0]
        subsample_size = min(self.subsample_size, num_samples)

        # 对于每一棵树, 将输入数据进行采样得到新的数据, 放入树的根节点
        for _ in range(self.num_trees
<think>好的,我现在需要帮用户写一个Matlab代码,使用孤立森林算法处理Excel中的数据,找出每个公司的异常值。用户的数据结构是第一行为公司名称,每一列是该公司近几年的日频市盈率数据。首先,我得理清楚整个流程。 首先,读取Excel数据。Matlab中常用的函数是readtable,这样可以方便地将数据导入为表格。需要确认Excel文件的路径和名称是否正确,比如用户可能放在当前文件夹下,文件名可能是‘data.xlsx’或类似的。然后,第一行是标题,也就是公司名称,所以导入时要正确读取表头。 接下来是数据处理。每一列对应一个公司的数据,所以需要遍历每一列。但要注意,表格的第一列可能是日期,或者第一行之后都是数值数据。这里用户提到的是“每一列对应一个公司”,所以每一列应该都是数值,除了第一行的公司名称。因此,在导入后,数据变量应该是从第二行开始的数值,而变量名是公司名称。可能需要将数据转换为矩阵形式,比如使用table2array函数,但要注意如果有非数值数据可能会出错,所以需要确保表格里只有数值。 然后应用孤立森林算法。Matlab中有IsolationForest函数,属于统计和机器学习工具箱。需要确认用户是否安装了这个工具箱。对于每个公司的数据,需要将数据转换为合适的格式,比如列向量,然后训练孤立森林模型,检测异常值。 在循环中,对每个公司(即每列)进行处理。可能需要处理缺失值,比如用fillmissing函数填充。然后训练模型,设置参数,比如‘NumLearners’(树的数量),‘ContaminationFraction’(异常值比例)。用户可能没有指定这些参数,所以需要设置默认值,比如100棵树,异常比例自动检测。 检测到异常后,需要记录结果。可能要将异常值的位置或对应的数值保存下来。可以考虑将结果存储在结构体或单元格数组中,最后输出到Excel文件。例如,每个公司的名称对应其异常值的日期或索引。 最后是结果输出。使用writetable函数将结果写入新的Excel文件。可能需要将结果整理成表格形式,每行对应一个公司,列出其异常值的位置或具体数值。 需要注意的潜在问题:数据中存在缺失值,需要处理;某些公司的数据可能全为NaN,需要跳过;孤立森林对数据维度的要求,可能需要转置数据;异常分数的阈值设定,默认可能是‘auto’,或者用户自定义。 现在,将这些步骤转化为代码。首先读取数据,提取公司名称,转换为数值矩阵。然后循环处理每列,填充缺失值,训练模型,检测异常,存储结果。最后将结果写入Excel。 可能还需要考虑如何展示异常值,比如给出异常点的索引或者对应的日期。如果日期在数据中有单独的一列,可能需要额外处理,但用户的问题中没有提到,所以可能只记录行索引。 测试代码时,需要确保文件路径正确,数据格式正确,没有语法错误。此外,异常检测的结果可能需要进一步解释,比如高市盈率是否为异常,但这是用户的应用逻辑部分,代码只需正确执行算法。</think>以下是使用孤立森林算法检测Excel中每个公司市盈率异常值的完整MATLAB代码: ```matlab %% 数据读取 % 读取Excel文件(假设文件名为'PE_Data.xlsx',数据在第一个工作表) data = readtable('PE_Data.xlsx', 'ReadRowNames', false); %% 数据预处理 % 提取公司名称(假设第一行为标题行) company_names = data.Properties.VariableNames; % 转换为数值矩阵(假设数据从第二行开始) pe_data = table2array(data); %% 孤立森林异常检测 % 初始化结果存储结构 results = cell(size(pe_data, 2), 3); for i = 1:size(pe_data, 2) % 提取单家公司数据 company_data = pe_data(:, i); % 处理缺失值(线性插值) clean_data = fillmissing(company_data, 'linear'); % 训练孤立森林模型 [forest, ~, score] = iforest(clean_data, ... 'NumLearners', 100, ... % 基学习器数量 'ContaminationFraction', 'auto'); % 自动检测异常比例 % 检测异常值(分数小于0视为异常) anomalies = score < 0; % 存储结果 results{i,1} = company_names{i}; results{i,2} = find(anomalies); % 异常值索引 results{i,3} = company_data(anomalies); % 原始数据中的异常值 end %% 结果输出 % 创建结果表格 result_table = cell2table(results, ... 'VariableNames', {'Company', 'AnomalyIndices', 'AnomalyValues'}); % 写入Excel文件 writetable(result_table, 'Anomaly_Results.xlsx'); ``` 代码解释: 1. 数据读取:使用`readtable`读取Excel数据,自动识别表头 2. 预处理:转换数据格式并处理缺失值(线性插值) 3. 孤立森林训练:使用`iforest`函数创建检测器,设置: - NumLearners:基学习器数量(建议100-200) - ContaminationFraction:异常值比例('auto'自动检测) 4. 异常检测:根据异常分数(负值表示异常)识别异常点 5. 结果存储:记录公司名称、异常索引和对应的原始值 注意事项: 1. 确保Excel数据格式正确(第一行为公司名称,后续为数值) 2. 异常值判定基于默认阈值(分数<0),可调整`ContaminationFraction`改变灵敏度 3. 缺失值处理采用线性插值,可根据数据特性选择其他方法(如'previous')
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