关于使用sklearn进行数据预处理 —— 归一化/标准化/正则化
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了关于使用sklearn进行数据预处理 —— 归一化/标准化/正则化相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
转自：https://www.cnblogs.com/chaosimple/p/4153167.html
一、标准化（Z-Score），或者去除均值和方差缩放
公式为：(X-mean)/std 计算时对每个属性/每列分别进行。
将数据按期属性（按列进行）减去其均值，并处以其方差。得到的结果是，对于每个属性/每列来说所有数据都聚集在0附近，方差为1。
实现时，有两种不同的方式：
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使用sklearn.preprocessing.scale()函数，可以直接将给定数据进行标准化。
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>>> from sklearn import preprocessing>>> import numpy as np>>> X = np.array([[ 1., -1., 2.],... [ 2., 0., 0.],... [ 0., 1., -1.]])>>> X_scaled = preprocessing.scale(X)>>> X_scaled array([[ 0. ..., -1.22..., 1.33...], [ 1.22..., 0. ..., -0.26...], [-1.22..., 1.22..., -1.06...]])>>>#处理后数据的均值和方差>>> X_scaled.mean(axis=0)array([ 0., 0., 0.])>>> X_scaled.std(axis=0)array([ 1., 1., 1.]) |
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使用sklearn.preprocessing.StandardScaler类，使用该类的好处在于可以保存训练集中的参数（均值、方差）直接使用其对象转换测试集数据。
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>>> scaler = preprocessing.StandardScaler().fit(X)>>> scalerStandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)>>> scaler.mean_ array([ 1. ..., 0. ..., 0.33...])>>> scaler.std_ array([ 0.81..., 0.81..., 1.24...])>>> scaler.transform(X) array([[ 0. ..., -1.22..., 1.33...], [ 1.22..., 0. ..., -0.26...], [-1.22..., 1.22..., -1.06...]])>>>#可以直接使用训练集对测试集数据进行转换>>> scaler.transform([[-1., 1., 0.]]) array([[-2.44..., 1.22..., -0.26...]]) |
二、将属性缩放到一个指定范围
除了上述介绍的方法之外，另一种常用的方法是将属性缩放到一个指定的最大和最小值（通常是1-0）之间，这可以通过preprocessing.MinMaxScaler类实现。
使用这种方法的目的包括：
1、对于方差非常小的属性可以增强其稳定性。
2、维持稀疏矩阵中为0的条目。
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>>> X_train = np.array([[ 1., -1., 2.],... [ 2., 0., 0.],... [ 0., 1., -1.]])...>>> min_max_scaler = preprocessing.MinMaxScaler()>>> X_train_minmax = min_max_scaler.fit_transform(X_train)>>> X_train_minmaxarray([[ 0.5 , 0. , 1. ], [ 1. , 0.5 , 0.33333333], [ 0. , 1. , 0. ]])>>> #将相同的缩放应用到测试集数据中>>> X_test = np.array([[ -3., -1., 4.]])>>> X_test_minmax = min_max_scaler.transform(X_test)>>> X_test_minmaxarray([[-1.5 , 0. , 1.66666667]])>>> #缩放因子等属性>>> min_max_scaler.scale_ array([ 0.5 , 0.5 , 0.33...])>>> min_max_scaler.min_ array([ 0. , 0.5 , 0.33...]) |
当然，在构造类对象的时候也可以直接指定最大最小值的范围：feature_range=(min, max)，此时应用的公式变为：
X_std=(X-X.min(axis=0))/(X.max(axis=0)-X.min(axis=0))
X_scaled=X_std/(max-min)+min
三、正则化（Normalization）
正则化的过程是将每个样本缩放到单位范数（每个样本的范数为1），如果后面要使用如二次型（点积）或者其它核方法计算两个样本之间的相似性这个方法会很有用。
Normalization主要思想是对每个样本计算其p-范数，然后对该样本中每个元素除以该范数，这样处理的结果是使得每个处理后样本的p-范数（l1-norm,l2-norm）等于1。
该方法主要应用于文本分类和聚类中。例如，对于两个TF-IDF向量的l2-norm进行点积，就可以得到这两个向量的余弦相似性。
1、可以使用preprocessing.normalize()函数对指定数据进行转换：
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>>> X = [[ 1., -1., 2.],... [ 2., 0., 0.],... [ 0., 1., -1.]]>>> X_normalized = preprocessing.normalize(X, norm=‘l2‘)>>> X_normalized array([[ 0.40..., -0.40..., 0.81...], [ 1. ..., 0. ..., 0. ...], [ 0. ..., 0.70..., -0.70...]]) |
2、可以使用processing.Normalizer()类实现对训练集和测试集的拟合和转换：
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>>> normalizer = preprocessing.Normalizer().fit(X) # fit does nothing>>> normalizerNormalizer(copy=True, norm=‘l2‘)>>>>>> normalizer.transform(X) array([[ 0.40..., -0.40..., 0.81...], [ 1. ..., 0. ..., 0. ...], [ 0. ..., 0.70..., -0.70...]])>>> normalizer.transform([[-1., 1., 0.]]) array([[-0.70..., 0.70..., 0. ...]]) |
补充：
以上是关于关于使用sklearn进行数据预处理 —— 归一化/标准化/正则化的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
使用Sklearn的MinMaxScaler做最简单的归一化