1. 12.6 案例：泰坦尼克号乘客生存预测
1.1. 学习目标
- 通过案例进一步掌握决策树算法api的具体使用
1.2. 1 案例背景
泰坦尼克号沉没是历史上最臭名昭着的沉船之一。1912年4月15日，在她的处女航中，泰坦尼克号在与冰山相撞后沉没，在2224名乘客和机组人员中造成1502人死亡。这场耸人听闻的悲剧震惊了国际社会，并为船舶制定了更好的安全规定。 造成海难失事的原因之一是乘客和机组人员没有足够的救生艇。尽管幸存下沉有一些运气因素，但有些人比其他人更容易生存，例如妇女，儿童和上流社会。 在这个案例中，我们要求您完成对哪些人可能存活的分析。特别是，我们要求您运用机器学习工具来预测哪些乘客幸免于悲剧。
我们提取到的数据集中的特征包括票的类别，是否存活，乘坐班次，年龄，登陆home.dest，房间，船和性别等。
数据：http://biostat.mc.vanderbilt.edu/wiki/pub/Main/DataSets/titanic.txt
经过观察数据得到:
- 1 乘坐班是指乘客班（1，2，3），是社会经济阶层的代表。
- 2 其中age数据存在缺失。
1.3. 2 步骤分析
- 1.获取数据
- 2.数据基本处理
- 2.1 确定特征值,目标值
- 2.2 缺失值处理
- 2.3 数据集划分
- 3.特征工程(字典特征抽取)
- 4.机器学习(决策树)
- 5.模型评估
1.4. 3 代码实现
- 导入需要的模块
import pandas as pd
import numpy as np
from sklearn.feature_extraction import DictVectorizer
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier, export_graphviz
- 1.获取数据
# 1、获取数据
titan = pd.read_csv("http://biostat.mc.vanderbilt.edu/wiki/pub/Main/DataSets/titanic.txt")
- 2.数据基本处理
- 2.1 确定特征值,目标值
x = titan[["pclass", "age", "sex"]]
y = titan["survived"]
- 2.2 缺失值处理
# 缺失值需要处理，将特征当中有类别的这些特征进行字典特征抽取
x['age'].fillna(x['age'].mean(), inplace=True)
- 2.3 数据集划分
x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, random_state=22)
- 3.特征工程(字典特征抽取)
特征中出现类别符号，需要进行one-hot编码处理(DictVectorizer)
x.to_dict(orient="records") 需要将数组特征转换成字典数据
# 对于x转换成字典数据x.to_dict(orient="records")
# [{"pclass": "1st", "age": 29.00, "sex": "female"}, {}]
transfer = DictVectorizer(sparse=False)
x_train = transfer.fit_transform(x_train.to_dict(orient="records"))
x_test = transfer.fit_transform(x_test.to_dict(orient="records"))
- 4.决策树模型训练和模型评估
决策树API当中，如果没有指定max_depth那么会根据信息熵的条件直到最终结束。这里我们可以指定树的深度来进行限制树的大小
# 4.机器学习(决策树)
estimator = DecisionTreeClassifier(criterion="entropy", max_depth=5)
estimator.fit(x_train, y_train)
# 5.模型评估
estimator.score(x_test, y_test)
estimator.predict(x_test)
决策树的结构是可以直接显示
1.5. 4 决策树可视化
1.5.1. 4.1 保存树的结构到dot文件
- sklearn.tree.export_graphviz() 该函数能够导出DOT格式
- tree.export_graphviz(estimator,out_file='tree.dot’,feature_names=[‘’,’’])
export_graphviz(estimator, out_file="./data/tree.dot", feature_names=['age', 'pclass=1st', 'pclass=2nd', 'pclass=3rd', '女性', '男性'])
dot文件当中的内容如下
digraph Tree {
node [shape=box] ;
0 [label="petal length (cm) <= 2.45\nentropy = 1.584\nsamples = 112\nvalue = [39, 37, 36]"] ;
1 [label="entropy = 0.0\nsamples = 39\nvalue = [39, 0, 0]"] ;
0 -> 1 [labeldistance=2.5, labelangle=45, headlabel="True"] ;
2 [label="petal width (cm) <= 1.75\nentropy = 1.0\nsamples = 73\nvalue = [0, 37, 36]"] ;
0 -> 2 [labeldistance=2.5, labelangle=-45, headlabel="False"] ;
3 [label="petal length (cm) <= 5.05\nentropy = 0.391\nsamples = 39\nvalue = [0, 36, 3]"] ;
2 -> 3 ;
4 [label="sepal length (cm) <= 4.95\nentropy = 0.183\nsamples = 36\nvalue = [0, 35, 1]"] ;
3 -> 4 ;
5 [label="petal length (cm) <= 3.9\nentropy = 1.0\nsamples = 2\nvalue = [0, 1, 1]"] ;
4 -> 5 ;
6 [label="entropy = 0.0\nsamples = 1\nvalue = [0, 1, 0]"] ;
5 -> 6 ;
7 [label="entropy = 0.0\nsamples = 1\nvalue = [0, 0, 1]"] ;
5 -> 7 ;
8 [label="entropy = 0.0\nsamples = 34\nvalue = [0, 34, 0]"] ;
4 -> 8 ;
9 [label="petal width (cm) <= 1.55\nentropy = 0.918\nsamples = 3\nvalue = [0, 1, 2]"] ;
3 -> 9 ;
10 [label="entropy = 0.0\nsamples = 2\nvalue = [0, 0, 2]"] ;
9 -> 10 ;
11 [label="entropy = 0.0\nsamples = 1\nvalue = [0, 1, 0]"] ;
9 -> 11 ;
12 [label="petal length (cm) <= 4.85\nentropy = 0.191\nsamples = 34\nvalue = [0, 1, 33]"] ;
2 -> 12 ;
13 [label="entropy = 0.0\nsamples = 1\nvalue = [0, 1, 0]"] ;
12 -> 13 ;
14 [label="entropy = 0.0\nsamples = 33\nvalue = [0, 0, 33]"] ;
12 -> 14 ;
}
那么这个结构不能看清结构，所以可以在一个网站上显示
1.5.2. 4.2 网站显示结构
将dot文件内容复制到该网站当中显示
1.6. 5 决策树总结
- 优点：
- 简单的理解和解释，树木可视化。
- 缺点：
- 决策树学习者可以创建不能很好地推广数据的过于复杂的树,容易发生过拟合。
- 改进：
- 减枝cart算法
- 随机森林（集成学习的一种）
注：企业重要决策，由于决策树很好的分析能力，在决策过程应用较多， 可以选择特征
1.7. 6 小结
- 案例流程分析【了解】
- 1.获取数据
- 2.数据基本处理
- 2.1 确定特征值,目标值
- 2.2 缺失值处理
- 2.3 数据集划分
- 3.特征工程(字典特征抽取)
- 4.机器学习(决策树)
- 5.模型评估
- 决策树可视化【了解】
- sklearn.tree.export_graphviz()
- 决策树优缺点总结【知道】
- 优点：
- 简单的理解和解释，树木可视化。
- 缺点：
- 决策树学习者可以创建不能很好地推广数据的过于复杂的树,容易发生过拟合。
- 改进：
- 减枝cart算法
- 随机森林（集成学习的一种）
- 优点：