使用混合数字和分类数据进行无监督异常检测

Posted 2023-03-12

【中文标题】使用混合数字和分类数据进行无监督异常检测

【英文标题】：Unsupervised Anomaly Detection with Mixed Numeric and Categorical Data

【发布时间】：2015-09-28 00:00:38

【问题描述】：

我整个夏天都在做一个数据分析项目。主要目标是利用医院内用户访问患者信息的一些访问日志数据，并尝试检测异常访问行为。已经选择了几个属性来表征用户（例如员工角色、部门、邮政编码）和患者（例如年龄、性别、邮政编码）。大约有 13 - 15 个变量正在考虑中。

我之前使用的是 R，现在我使用的是 Python。我可以根据你们建议的任何合适的工具/库来使用。

在我提出任何问题之前，我想提一下，很多数据字段在交给我时都经过了匿名处理，这是医疗保健行业保护个人信息的要求。具体来说，很多 VARCHAR 值被转换为随机整数值，只在数据集之间保持引用完整性。

问题：

没有给出异常值的确切定义（它是根据大多数数据的行为定义的，如果存在一般行为），也没有标记的训练集告诉我数据集中的哪些行被认为是异常的。我相信该项目属于无监督学习领域，所以我正在研究聚类。

由于数据是混合的（数字和分类），我不确定聚类如何处理这种类型的数据。

我已经读过可以扩展分类数据并让变量中的每个类别为 0 或 1 以进行聚类，但是 R/Python 将如何为我处理如此高维的数据？ （简单地扩大雇主角色会带来大约 100 个变量）

---

如何解释聚类的结果？

使用聚类算法，潜在的“异常值”是否也被分组到聚类中？我应该如何检测它们？

此外，由于涉及分类数据，我不确定“点之间的距离”是如何定义的，数据点的接近度是否表明类似的行为？将每个类别扩展到具有真/假值的虚拟列是否有帮助？那么距离是多少呢？

---

面对聚类分析的挑战，我也开始尝试对数据进行切片，一次只查看两个变量。例如，我会查看某个员工角色访问的患者的年龄范围，并使用四分位数和四分位数间距来定义异常值。对于分类变量，例如员工角色和被触发事件的类型，我只会查看每个事件被触发的频率。

有人可以向我解释一下对非正态分布的数据使用四分位数的问题吗？对此有何补救措施？

---

最后，您会建议两种方法（或其他一些方法）中的哪一种？使用这种方法的最佳方法是什么？ 非常感谢。

【问题讨论】：

首先我喜欢这个问题。虽然我可能会指出，在这种情况下，太多的变量可能是你的敌人，但我自己有一点医疗数据背景，我认为数据集中有两个不同的问题。一;是正在查看的与用户相关的数据。二是具体的个人看的太多。我不知道你所有的变量，但我猜你可能会缩小一点。我会查看患者单位/部门与用户单位/部门或医师专业的情况。您会看到一些变量，例如 OBGYN 和 Peds

这些问题很有趣。但是，从我和队友的讨论来看，切片数据并看到在 2D 空间中有一个点偏离并不意味着它是原始 k 维空间中的异常数据。你不这么认为吗？

也许吧，但我想如果请求的潜水动机是基于合规性的，那么在“谁可以看什么”与问题时的整体用户体验方面，你会有一些黑白分明是“他们如何在 EMR 中导航”

@Pakwah 你有想过这个吗？我有类似的问题，想知道你的过程。

【参考方案1】：

您可以决定混合数据的相似性度量（例如高尔距离）。

然后您可以使用任何基于距离的异常值检测方法。

【讨论】：

现在我回顾了我想要考虑的变量，我认为它们都可以被视为分类变量，我想我将为每个类别创建一个虚拟列，以便值是0或1。然后我想执行PCA以查看降维数据中是否存在簇。您认为 PCA 是否适用于所有二进制列和如此高维的数据？（数百）@Anony-Mousse

不，我不认为 PCA 适用于具有连续相关性的连续变量。如果您有二进制数据，您可以通过购物篮分析找到模式（预计会出现二进制）

如果我将列中的每个类别都更改为数字并对所有类别列执行此操作，然后我可以使用 z-score 标准化所有列以使它们具有相同的比例。即使数字分配是任意的，您认为这是否适用于 PCA 和聚类？ （它将保持参照完整性）

没有。添加更多随机函数并不能使这种方法变得明智。 Z-score 由 normal 分布式数据驱动。二进制值不正常。试着找出什么是明智的，而不是什么是可编程的。有太多没有意义的事情要尝试。

【参考方案2】：

您可以将 k-prototypes 算法用于混合数字和分类属性。 Here你可以找到一个python实现。