Dataframe列数多少合适？

发布时间：2023-05-21

在数据分析和机器学习领域，数据是极其重要的资源。Dataframe是pandas中用于处理数据的最重要的数据结构。

一、适当的列数是什么？

一旦你开始从数据源中收集数据，通常情况下你会一直收集数据并尝试添加新的列，以挖掘更多的信息。但是，什么时候应该停止添加列？这是一个非常重要的问题，因为添加太多的列可能会影响数据的质量，同时也会增加计算的时间和复杂性。 那么，适当的列数是多少？实际上，这取决于多种因素，包括数据类型、领域专业知识、业务需求等。一般而言，当数据变得难以处理或超出记忆容量时，就应该考虑减少列数。

二、太多的列可能会带来的问题

1. 缺少足够的数据

import pandas as pd
# 创建一个包含10000行和500列的数据集
df = pd.DataFrame(np.random.randn(10000, 500))
# 选择100个样本并计算标准差
sample = df.sample(n=100)
std = sample.std()

在这个例子中，我们创建了一个包含10000行和500列的数据集。如果我们只想计算100个样本的标准差，那么我们需要选择这些样本。但是，由于列的数量非常庞大，很难一次选择所有的列。结果就是我们缺少了有效的数据，可能会影响计算的准确性。

2. 计算时间过长

import pandas as pd
# 创建一个包含10000行和500列的数据集
df = pd.DataFrame(np.random.randn(10000, 500))
# 计算所有列的均值
mean = df.mean(axis=0)

如果我们想要计算所有列的均值，但是列的数量非常庞大，计算的时间将会非常长。

3. 内存问题

import pandas as pd
# 创建一个包含10000行和500列的数据集
df = pd.DataFrame(np.random.randn(10000, 500))
# 选择1000行
df = df.sample(n=1000)
# 选择100列
df = df[[i for i in range(100)]]

在这个例子中，我们从一个包含10000行和500列的数据集中选择1000行和100列。但是，由于列的数量相对较多，这种情况可能会导致内存问题。

三、太少的列可能会带来的问题

1. 缺乏预测能力

import pandas as pd
# 创建一个包含100个样本和2列的数据集
df = pd.DataFrame(np.random.randn(100, 2), columns=['a', 'b'])
# 添加第三列
df['c'] = 'foo'
# 计算每列的均值
mean = df.mean(axis=0)

在这个例子中，我们创建了一个包含100个样本和两列的数据集。由于只有两列，这些列可能缺乏预测能力。如果我们将第三列添加到数据集中，我们可能会发现，这个新的列并没有什么实际意义。这表明我们需要更多的特征来建立一个真正有用的模型。

2. 缺少上下文信息

import pandas as pd
# 创建一个包含100个样本和2列的数据集
df = pd.DataFrame(np.random.randn(100, 2), columns=['a', 'b'])
# 将第三列设置为“foo”
df['c'] = 'foo'
# 将第四列设置为“bar”
df['d'] = 'bar'
# 计算每列的均值
mean = df.mean(axis=0)

在这个例子中，我们在上一个例子的基础上添加了第四列。但是，这一列并没有任何实际意义。这表明我们需要更多的上下文信息来建立一个真正有用的模型。

四、最佳实践：找到适当列数的方法

1. 目标变量选择法

import pandas as pd
# 创建一个包含50000行和25列的数据集
df = pd.DataFrame(np.random.randint(1, 100, (50000, 25)),
              columns=['feature_'+str(i) for i in range(25)])
target = np.random.randint(0, 2, 50000)
df['target'] = target
# 计算每个特征的相关系数
correlation = df.corr()
# 取出目标变量相关系数的绝对值，按大小排序
result = correlation['target'].apply(abs).sort_values(ascending=False)[1:]

在这个例子中，我们首先选择一个目标变量，然后计算每个特征与目标变量的相关系数。我们可以通过该相关系数的绝对值来确定每个特征对目标变量的影响。我们可以挑选出与目标变量相关系数最高的前几个特征作为我们需要建模的特征。

2. 方差选择法

import pandas as pd
from sklearn.feature_selection import VarianceThreshold
# 创建一个包含10000行和500列的数据集
df = pd.DataFrame(np.random.randint(0, 2, size=(10000, 500)), columns=[i for i in range(500)])
# 创建方差选择器
selector = VarianceThreshold(threshold=0.1)
# 将选择器应用于数据集
selected_features = selector.fit_transform(df)

在这个例子中，我们使用方差选择器来删除方差低于特定值的特征。方差选择器的原理是删除那些方差过小的特征，因为这些特征的信息价值较低。

3. 反向特征消除法

import pandas as pd
from sklearn.feature_selection import RFECV
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
# 创建一个包含1000行和10列的数据集
df = pd.DataFrame(np.random.randn(1000, 10), columns=['feature_'+str(i) for i in range(10)])
target = np.random.randint(0, 2, 1000)
df['target'] = target
# 创建逻辑回归分类器
clf = LogisticRegression()
# 创建反向特征消除选择器
selector = RFECV(clf, cv=10)
# 将选择器应用于数据集
selector.fit(df.drop(['target'], axis=1), target)

在这个例子中，我们使用反向特征消除选择器来选择数据集中对分类器性能有贡献的特征。这个选择器的原理是从所有特征开始，逐步删除其他特征，并测量分类器的性能。当特征数量达到阈值时，选择器停止，选出保留特征中对分类器性能有贡献的特征。

总结

针对适当的列数，我们需要从多个方面考虑。通过控制数据集的列数，我们可以获得准确和有用的统计结果。通过适当选择列，我们可以获得更高效的计算过程，同时避免内存问题和计算时间过长的问题。

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