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我写了一份初学者的学习实践教程!

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Datawhale
发布2022-10-31 19:37:49
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发布2022-10-31 19:37:49
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文章被收录于专栏:Datawhale专栏Datawhale专栏

Datawhale干货

作者:牧小熊,Datawhale成员

上周在Datawhale分享了一篇关于数据挖掘赛事的baseline方案,有老师把它作为学习资料给学生实践学习后,有挺多同学反应学习实践中仍然有困难:

同学A:baseline有些代码看不懂

同学B:刚刚开始学,想入门学习,不知道从哪个地方下手,然后理论也不是很扎实,不知道先学理论还是先下手;看到了方案,不知道运用哪些知识,还是挺糊涂的;

同学C:面向初学者入门需要细致全面一点,比如包括文件读入、特征处理、输入输出数据结构的定义、初步得到结果、是否有值得优化的地方……等等

所以我重新写了一篇,面向参赛实践中的初学者:提供了赛事实践的完整流程、完整的代码注释、以及参考学习资料。

赛题介绍

科大讯飞:糖尿病遗传风险检测挑战赛。截至2022年,中国糖尿病患者近1.3亿。中国糖尿病患病原因受生活方式、老龄化、城市化、家族遗传等多种因素影响。同时,糖尿病患者趋向年轻化。

糖尿病可导致心血管、肾脏、脑血管并发症的发生。因此,准确诊断出患有糖尿病个体具有非常重要的临床意义。糖尿病早期遗传风险预测将有助于预防糖尿病的发生。

赛事实践地址

https://challenge.xfyun.cn/topic/info?type=diabetes&ch=ds22-dw-gzh02

赛题任务

在这次比赛中,您需要通过训练数据集构建糖尿病遗传风险预测模型,然后预测出测试数据集中个体是否患有糖尿病,和我们一起帮助糖尿病患者解决这“甜蜜的烦恼”。

赛题数据

赛题数据由训练集和测试集组成,具体情况如下:

  • 训练集:共有5070条数据,用于构建您的预测模型
  • 测试集:共有1000条数据,用于验证预测模型的性能。

其中训练集数据包含有9个字段:性别、出生年份、体重指数、糖尿病家族史、舒张压、口服耐糖量测试、胰岛素释放实验、肱三头肌皮褶厚度、患有糖尿病标识(数据标签)。

评分标准

采用二分类任务中的F1-score指标进行评价,F1-score越大说明预测模型性能越好,F1-score的定义如下:

其中:

Tips: 根据题意,糖尿病遗传风险检测挑战赛中会提供2个数据集,分别是训练数据集和测试数据集,其中训练数据集有特征数据和数据标签(患者是否得糖尿病),测试数据集只有特征数据,我们需要根据糖尿病遗传风险预测模型,比赛方通过测试数据集来评估模型的预测准确性,模型预测的准确性越高越好。

Ref:

  • 知乎:二分类问题常见的评价指标 https://zhuanlan.zhihu.com/p/55324860

赛题Baseline

Tips: 在本次比赛中,我们将提供python代码用于比赛数据的分析与模型构建,如果你还不熟悉赛题中的相关代码与原理,可以参考相关学习资料或在Datawhale交流群中来解决你遇到的问题。

  • 步骤1:报名比赛: https://challenge.xfyun.cn/topic/info?type=diabetes&ch=ds22-dw-gzh02
  • 步骤2:下载比赛数据(点击比赛页面的赛题数据)
  • 步骤3:解压比赛数据,并使用pandas进行读取

导入第三方库

Tips: 在本baseline中,我们通过pandas对数据进行处理,通过lightgbm算法来构建糖尿病遗传风险预测模型 Ref:

代码语言:javascript
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import pandas as pd
import lightgbm

数据预处理

Tips: 在本环节中,我们通常需要检测数据的质量,包括重复值、异常值、缺失值、数据分布和数据特征等,通过训练数据的预处理,我们能得到更高质量的训练数据,这有助于构建更加准确的预测模型。 在本baseline中,我们发现舒张压特征中存在缺失值,我们采用了填充缺失值的方法进行处理,当然也有其他的处理方法,如果感兴趣可以尝试。 Ref:

  • 机器学习(三):数据预处理--数据预处理的基本方法 https://zhuanlan.zhihu.com/p/100442371
代码语言:javascript
复制
data1=pd.read_csv('比赛训练集.csv',encoding='gbk')
data2=pd.read_csv('比赛测试集.csv',encoding='gbk')
#label标记为-1
data2['患有糖尿病标识']=-1
#训练集和测试机合并
data=pd.concat([data1,data2],axis=0,ignore_index=True)
#将舒张压特征中的缺失值填充为-1
data['舒张压']=data['舒张压'].fillna(-1)

特征工程

Tips:在本环节中,我们需要对数据进行特征的构造,目的是最大限度地从原始数据中提取特征以供算法和模型使用,这有助于构建更加准确的预测模型。 Ref:

代码语言:javascript
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#特征工程
"""
将出生年份换算成年龄
"""
data['出生年份']=2022-data['出生年份']  #换成年龄

"""
人体的成人体重指数正常值是在18.5-24之间
低于18.5是体重指数过轻
在24-27之间是体重超重
27以上考虑是肥胖
高于32了就是非常的肥胖。
"""
def BMI(a):
    if a<18.5:
        return 0
    elif 18.5<=a<=24:
        return 1
    elif 24<a<=27:
        return 2
    elif 27<a<=32:
        return 3
    else:
        return 4
    
data['BMI']=data['体重指数'].apply(BMI)

#糖尿病家族史
"""
无记录
叔叔或者姑姑有一方患有糖尿病/叔叔或姑姑有一方患有糖尿病
父母有一方患有糖尿病
"""
def FHOD(a):
    if a=='无记录':
        return 0
    elif a=='叔叔或者姑姑有一方患有糖尿病' or a=='叔叔或姑姑有一方患有糖尿病':
        return 1
    else:
        return 2
    
data['糖尿病家族史']=data['糖尿病家族史'].apply(FHOD)
"""
舒张压范围为60-90
"""
def DBP(a):
    if a<60:
        return 0
    elif 60<=a<=90:
        return 1
    elif a>90:
        return 2
    else:
        return a
data['DBP']=data['舒张压'].apply(DBP)

#------------------------------------
#将处理好的特征工程分为训练集和测试集,其中训练集是用来训练模型,测试集用来评估模型准确度
#其中编号和患者是否得糖尿病没有任何联系,属于无关特征予以删除
train=data[data['患有糖尿病标识'] !=-1]
test=data[data['患有糖尿病标识'] ==-1]
train_label=train['患有糖尿病标识']
train=train.drop(['编号','患有糖尿病标识'],axis=1)
test=test.drop(['编号','患有糖尿病标识'],axis=1)

构建模型

Tips:在本环节中,我们需要对训练集进行训练从而构建相应的模型,在本baseline中我们使用了Lightgbm算法进行数据训练,当然你也可以使用其他的机器学习算法/深度学习算法,甚至你可以将不同算法预测的结果进行综合,反正最后的目的是获得更高的预测准确度,向着这个目标出发~ 在本节中,我们将训练数据使用5折交叉验证训练的方法进行训练,这是一个不错的提升模型预测准确度的方法 Ref:

  • https://github.com/datawhalechina/competition-baseline
  • https://github.com/datawhalechina/team-learning-data-mining
  • CSDN:Kaggle上分技巧——单模K折交叉验证训练+多模型融合
  • https://blog.csdn.net/fengjiandaxia/article/details/123096182
代码语言:javascript
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#使用Lightgbm方法训练数据集,使用5折交叉验证的方法获得5个测试集预测结果
def select_by_lgb(train_data,train_label,test_data,random_state=2022,n_splits=5,metric='auc',num_round=10000,early_stopping_rounds=100):
    kfold = KFold(n_splits=n_splits, shuffle=True, random_state=random_state)
    fold=0
    result=[]
    for train_idx, val_idx in kfold.split(train_data):
        random_state+=1
        train_x = train_data.loc[train_idx]
        train_y = train_label.loc[train_idx]
        test_x = train_data.loc[val_idx]
        test_y = train_label.loc[val_idx]
        clf=lightgbm
        train_matrix=clf.Dataset(train_x,label=train_y)
        test_matrix=clf.Dataset(test_x,label=test_y)
        params={
                'boosting_type': 'gbdt',  
                'objective': 'binary',
                'learning_rate': 0.1,
                'metric': metric,
                'seed': 2020,
                'nthread':-1 }
        model=clf.train(params,train_matrix,num_round,valid_sets=test_matrix,early_stopping_rounds=early_stopping_rounds)
        pre_y=model.predict(test_data)
        result.append(pre_y)
        fold+=1
    return result

test_data=select_by_lgb(train,train_label,test)
#test_data就是5折交叉验证中5次预测的结果
pre_y=pd.DataFrame(test_data).T
#将5次预测的结果求取平均值,当然也可以使用其他的方法
pre_y['averge']=pre_y[[i for i in range(5)]].mean(axis=1)
#因为竞赛需要你提交最后的预测判断,而模型给出的预测结果是概率,因此我们认为概率>0.5的即该患者有糖尿病,概率<=0.5的没有糖尿病
pre_y['label']=pre_y['averge'].apply(lambda x:1 if x>0.5 else 0)
pre_y

结果提交

Tips:在本环节中,我们需要将最后的预测结果提交到数据竞赛平台中,需要注意的是我们要严格按照竞赛平台的文件格式提交要求。

代码语言:javascript
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result=pd.read_csv('提交示例.csv')
result['label']=pre_y['label']
result.to_csv('result.csv',index=False)

其中result.csv就是需要提交到平台的文件,进入到数据竞赛平台,点击提交结果,选择result.csv文件即可完成结果提交

后续

经过简单的学习,我们完成了糖尿病遗传风险检测挑战赛的baseline任务,接下来应该怎么做呢?主要是以下几个方面:

  • 继续尝试不同的预测模型或特征工程来提升模型预测的准确度
  • 加入Datawhale比赛交流群,获取其他更加有效的上分信息
  • 查阅糖尿病遗传风险预测相关资料,获取其他模型构建方法
  • ...

总之,就是在baseline的基础上不断的改造与尝试,通过不断的实践来提升自己的数据挖掘能力,正所谓【纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行】,也许你熟练掌握机器学习的相关算法,能熟练推导各种公式,但如何将学习到的方法应用到实践工程中,需要我们不断的尝试与改进,没有一个模型是一步所得,向最后的冠军冲击~

Ref:

本文参与 腾讯云自媒体分享计划,分享自微信公众号。
原始发表:2022-07-03,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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