一、什么是数据标准化?
在数据挖掘和机器学习的过程中,绝大多数模型都需要对数据进行预处理。由于不同的特征之间很可能具有不同的尺度,这就容易对模型产生不良影响。
例如有两个特征 age 和 income,age 的值通常在 0-100 之间(无单位),而 income 值通常在 0-100000 之间(单位为美元)。如果不对数据进行标准化,income 的值就会有更大的影响力。
数据标准化即是对原始数据进行变换,使其变换为均值为0,标准差为1的数据分布。这也被成为归一化处理。标准化可以减少数据之间的差异影响,提高建模精度。
二、如何使用 Python 中的 Sklearn 进行数据标准化?
Python 中的 Sklearn 库提供了大量的数据预处理工具,其中标准化(scaling)也包含在内。使用 Sklearn 实现标准化也非常简单,代码如下所示:
from sklearn.preprocessing import StandardScaler # 假设 data 是一个二维数组,共有 n 个样本 scaler = StandardScaler().fit(data) data_scaled = scaler.transform(data)
在代码中,我们通过导入sklearn.preprocessing中的StandardScaler类进行数据标准化。首先,初始化实例化 StandardScaler 类,根据指定的特征数据对其进行训练,得到每一维特征值的均值和标准差,然后调用 transform 方法将数据标准化。
三、数据标准化的效果验证
为了验证数据标准化的效果,我们可以使用著名的iris数据集进行测试。iris数据集是分类问题中非常常用的数据集之一。通过比较使用归一化前后,iris数据集上分类模型的效果,来验证数据标准化的效果。代码如下:
import pandas as pd from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.linear_model import LogisticRegression from sklearn.preprocessing import StandardScaler from sklearn import datasets iris = datasets.load_iris() X = iris.data y = iris.target X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) # 归一化前 clf = LogisticRegression(random_state=42).fit(X_train, y_train) print("Before Scaling - Training set score: {:.3f}".format(clf.score(X_train, y_train))) print("Before Scaling - Test set score: {:.3f}".format(clf.score(X_test, y_test))) # 归一化后 scaler = StandardScaler().fit(X_train) X_train_scaled = scaler.transform(X_train) X_test_scaled = scaler.transform(X_test) clf_scaled = LogisticRegression(random_state=42).fit(X_train_scaled, y_train) print("After Scaling - Training set score: {:.3f}".format(clf_scaled.score(X_train_scaled, y_train))) print("After Scaling - Test set score: {:.3f}".format(clf_scaled.score(X_test_scaled, y_test)))
从上述代码的结果可以看出,经过归一化后,分类模型在训练集和测试集上的效果均有提升,证明了数据标准化对于提高模型的准确度的作用。
四、总结
本篇文章介绍了使用 Sklearn 对数据进行标准化的方法,并结合 iris 数据集实现了数据标准化的效果验证。数据标准化是机器学习建模不可或缺的一步预处理操作,在大多数情况下,数据标准化可以帮助模型更好地学习特征,提高模型的准确度。