泰坦尼克号乘客生存情况预测分析2

泰坦尼克号乘客生存情况预测分析1
泰坦尼克号乘客生存情况预测分析2
泰坦尼克号乘客生存情况预测分析3
泰坦尼克号乘客生存情况预测分析总

背景描述

Titanic数据集在数据分析领域是十分经典的数据集，非常适合刚入门的小伙伴进行学习！

泰坦尼克号轮船的沉没是历史上最为人熟知的海难事件之一。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，在船上的 2224 名乘客和机组人员中，共造成 1502 人死亡。这场耸人听闻的悲剧震惊了国际社会，从而促进了船舶安全规定的完善。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。尽管在沉船事件中幸存者有一些运气因素，但有些人比其他人更容易存活下来，究竟有哪些因素影响着最终乘客的生存与否呢?

数据说明

在该数据集中，共包括三个文件，分别代表训练集、测试集以及测试集的答案；

数据描述：

注：以上数据类型均为经过预处理后的数据类型！

数据来源

Titanic Competition : How top LB got their score

二 特征工程

1. 合并训练集与测试集

在进行特征工程的时候，我们不仅需要对训练数据进行处理，还需要同时将测试数据同训练数据一起处理，使得二者具有相同的数据类型和数据分布。

import pandas as pd

train = pd.read_csv('train.csv')
test = pd.read_csv('test.csv')
train_and_test = train.append(test, sort=False) # 合并训练集与测试集
PassengerId = test['PassengerId']
train_and_test.shape

2. 缺失值处理

对Embarked直接用众数填充；
对Fare用均值填充；
对Age，建立模型预测；

2.1 填充Embarked字段

mode = train_and_test['Embarked'].mode().iloc[0] # 找到众数
train_and_test['Embarked'].fillna(mode, inplace=True)
train_and_test.info()

2.2 填充船票Fare字段

train_and_test['Fare'].mean()

Fare_mean = train_and_test['Fare'].mean()
train_and_test['Fare'].fillna(Fare_mean, inplace=True)
train_and_test.info()

2.3 填充年龄Age字段

为尽可能用多的特征去预测Age的值，先对Cabin、Embarked、Name、Sex、Ticket、Pclass等特征进行处理，模型预测见后；

3 不同特征字段的数据处理

3.1 先对Embarked、Sex以及Pclass等用dummy处理

对分类特征进行编码

cols = ['Embarked', 'Sex', 'Pclass']
train_and_test = pd.get_dummies(train_and_test, columns=cols, prefix_sep='__')
train_and_test.info()

3.2 票价分级处理

我们可以尝试将Fare分桶处理,使用qcut函数。qcut是根据这些值的频率来选择箱子的均匀间隔，每个箱子中含有的数的数量是相同的;

# 临时列
train_and_test['Fare_bin'] = pd.qcut(train_and_test['Fare'], 5)

#编码
train_and_test['Fare_bin_id'] = pd.factorize(train_and_test['Fare_bin'])[0]
fare_bin_dummies_df = pd.get_dummies(train_and_test['Fare_bin_id']).rename(columns=lambda x : 'Fare_' + str(x))
train_and_test = pd.concat([train_and_test, fare_bin_dummies_df], axis=1)
train_and_test.drop(['Fare_bin'], axis=1, inplace=True)

3.3 名字处理

对名字Name进行处理，提取其特征；

提取称呼

train_and_test['Title'] = train_and_test['Name'].apply(lambda x : x.split(',')[1].split('.')[0].strip())
train_and_test['Title']

# 将各式称呼进行统一化处理
# 头衔映射表
titleDict = {
    "Capt" :      "Officer", 
    "Col"  :      "Officer",
    "Major":      "Officer",
    "Jonkheer":   "Royalty",
    "Don":        "Royalty",
    "Sir" :       "Royalty",
    "Dr":         "Officer",
    "Rev":        "Officer",
    "the Countess":"Royalty",
    "Dona":       "Royalty",
    "Mme":        "Mrs",
    "Mlle":       "Miss",
    "Ms":         "Mrs",
    "Mr" :        "Mr",
    "Mrs" :       "Mrs",
    "Miss" :      "Miss",
    "Master" :    "Master",
    "Lady" :      "Royalty"
}
train_and_test['Title'] = train_and_test['Title'].map(titleDict)
train_and_test['Title'].value_counts()

one_hot编码

train_and_test['Title'] = pd.factorize(train_and_test['Title'])[0]
title_dummies_df = pd.get_dummies(train_and_test['Title'], prefix=train_and_test[['Title']].columns[0])
train_and_test = pd.concat([train_and_test, title_dummies_df], axis=1)
train_and_test.info()

提取长度特征

train_and_test['Name_length'] = train_and_test['Name'].apply(len)
train_and_test['Name_length']

3.4 Cabin处理

Cabin缺失值过多，将其分为有无两类，进行编码，如果缺失，即为0，否则为1;

train_and_test.loc[train_and_test.Cabin.isnull(), 'Cabin'] = 'U0'
train_and_test['Cabin'] = train_and_test['Cabin'].apply(lambda x : 0 if x == 'U0' else 1)
train_and_test['Cabin']

3.5 Ticket处理

Ticket有字母和数字之分，对于不同的字母，可能在很大程度上就意味着船舱等级或者不同船舱的位置，也会对Survived产生一定的影响，所以我们将Ticket中的字母分开，为数字的部分则分为一类。

train_and_test['Ticket_Letter'] = train_and_test['Ticket'].str.split().str[0]
train_and_test['Ticket_Letter'] = train_and_test['Ticket_Letter'].apply(lambda x : 'U0' if x.isnumeric() else x)

# 将Ticket_Letter factorize
train_and_test['Ticket_Letter'] = pd.factorize(train_and_test['Ticket_Letter'])[0]
train_and_test['Ticket_Letter']

4. 利用随机森林预测Age缺失值

from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor  # 随机森林回归

missing_age = train_and_test.drop(['PassengerId', 'Survived', 'Name', 'Ticket'], axis=1) # 去除字符串类型的字段
missing_age_train = missing_age[missing_age['Age'].notnull()]
missing_age_test = missing_age[missing_age['Age'].isnull()]

X_train = missing_age_train.iloc[:,1:]
y_train = missing_age_train.iloc[:,0]
X_test = missing_age_test.iloc[:,1:]

rfr = RandomForestRegressor(n_estimators=1000, n_jobs=-1)
rfr.fit(X_train, y_train)
y_predict = rfr.predict(X_test)
train_and_test.loc[train_and_test['Age'].isnull(), 'Age'] = y_predict
train_and_test.info()

5. 各特征与Survived的相关系数排序

根据生存情况与其他各特征的相关系数，按系数倒序排序，筛选出重要特征 – 重要特征

train_and_test.corr()['Survived'].abs().sort_values(ascending=False)

6. 保存特征处理后的数据

train_and_test.to_csv('经过特征工程处理后的数据.csv', index=None)

7. 小结

特征工程这一章主要做了以下工作：

• 合并训练集和测试集
  • 为了使二者具有相同的数据类型和数据分布；
• 缺失值处理：
  • Embarked:众数填充；
  • Fare:平均值填充；
  • Age:随机森林预测填充；
• 各特征字段的数据处理：
  • Embarked,Sex,Pclass: 直接dummy编码；
  • Fare: 先分桶处理，再dummy编码；
  • Name: 先提取称呼，再对称呼进行人群分类，最后dummy处理；
  • cabin：缺失值较多，根据是否缺失划分类别，缺失为0，否则为1；
  • Ticket:只保留其中字母，并对字母进行数字转换；
• 随机森林建模预测Age缺失值；
• 对各特征与生存与否进行了相关系数大小排序；

本章主要关于到泰坦尼克号数据的特征工程处理，后续就是建模预测部分了，建模预测打算分两部分，一部分只是简单涉及一些算法，参数全部默认；另一部分，会加些算法调参、优化以及复杂模型等，这几天就会安排上！

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