핸즈온머신러닝

핸즈온 머신러닝[2] 머신러닝 프로젝트 처음부터 끝까지(2)

kk_eezz 2022. 4. 25. 21:53

https://www.youtube.com/watch?v=NK-poIeR9JY&list=PLJN246lAkhQjX3LOdLVnfdFaCbGouEBeb&index=8 

 

데이터 이해를 위한 탐색과 시각화

housing = strat_train_set.copy()

지리적 데이터 시각화

housing.plot(kind="scatter", x="longitude", y="latitude")
housing.plot.scatter(x="longitude", y="latitude")
plt.scatter(housing["longtitude"], housing["latitude"])
save_fig("bad_visualization_plot")

plot 함수에 kind 파라미터를 scatter로 주면 산점도를 그려줌

save_fig 함수는 이미지를 로컬에 저장

housing.plot(kind="scatter", x="longitude", y="latitude", alpha=0.1)
save_fig("better_visualization_plot")

alpha 함수: 밀집도에 따라 색을 다르게 함

housing.plot(kind="scatter", x="longitude", y="latitude", alpha=0.4,
             s=housing["population"]/100, label="population", figsize=(10,7),
             c="median_house_value", cmap=plt.get_cmap("jet"), colorbar=True,
             sharex=False)
plt.legend()
save_fig("housing_prices_scatterplot")

s 파라미터: 그리는 원의 크기

c: color

cmap: colormap

colorbar: 오른쪽의 그림, 색 참고용

# Download the California image
images_path = os.path.join(PROJECT_ROOT_DIR, "images", "end_to_end_project")
os.makedirs(images_path, exist_ok=True)
DOWNLOAD_ROOT = "https://raw.githubusercontent.com/ageron/handson-ml2/master/"
filename = "california.png"
print("Downloading", filename)
url = DOWNLOAD_ROOT + "images/end_to_end_project/" + filename
urllib.request.urlretrieve(url, os.path.join(images_path, filename))

위의 산점도를 실제 지도와 매핑하기 위해 이미지를 로컬에 저장

import matplotlib.image as mpimg
california_img=mpimg.imread(os.path.join(images_path, filename))
ax = housing.plot(kind="scatter", x="longitude", y="latitude", figsize=(10,7),
                  s=housing['population']/100, label="Population",
                  c="median_house_value", cmap=plt.get_cmap("jet"),
                  colorbar=False, alpha=0.4)
plt.imshow(california_img, extent=[-124.55, -113.80, 32.45, 42.05], alpha=0.5,
           cmap=plt.get_cmap("jet"))
plt.ylabel("Latitude", fontsize=14)
plt.xlabel("Longitude", fontsize=14)

prices = housing["median_house_value"]
tick_values = np.linspace(prices.min(), prices.max(), 11)
cbar = plt.colorbar(ticks=tick_values/prices.max())
cbar.ax.set_yticklabels(["$%dk"%(round(v/1000)) for v in tick_values], fontsize=14)
cbar.set_label('Median House Value', fontsize=16)

plt.legend(fontsize=16)
save_fig("california_housing_prices_plot")
plt.show()

corr_matrix = housing.corr()

corr() 함수를 통해 상관계수 행렬을 얻을 수 있음

corr_matrix["median_house_value"].sort_values(ascending=False)

median_house_value를 기준으로 증가하지 않는 순으로 정렬 (non-ascending order)

# from pandas.tools.plotting import scatter_matrix # 옛날 버전의 판다스에서는
from pandas.plotting import scatter_matrix

attributes = ["median_house_value", "median_income", "total_rooms",
              "housing_median_age"]
scatter_matrix(housing[attributes], figsize=(12, 8))
save_fig("scatter_matrix_plot")

산점도 행렬 그림

자기 자신과의 관계는 산점도가 아니라 히스토그램으로 표시됨

housing.plot(kind="scatter", x="median_income", y="median_house_value",
             alpha=0.1)
plt.axis([0, 16, 0, 550000])
save_fig("income_vs_house_value_scatterplot")

특성 조합으로 실험

housing["rooms_per_household"] = housing["total_rooms"]/housing["households"]
housing["bedrooms_per_room"] = housing["total_bedrooms"]/housing["total_rooms"]
housing["population_per_household"]=housing["population"]/housing["households"]

새로운 특성들을 새로운 열을 추가

corr_matrix = housing.corr()
corr_matrix["median_house_value"].sort_values(ascending=False)

housing.plot(kind="scatter", x="rooms_per_household", y="median_house_value",
             alpha=0.2)
plt.show()

rooms_per_household 산점도

housing.describe()

머신러닝 알고리즘을 위한 데이터 준비

housing = strat_train_set.drop("median_house_value", axis=1) # 훈련 세트를 위해 레이블 삭제
housing_labels = strat_train_set["median_house_value"].copy()

타깃값은 훈련셋에서 제외 housing_labels로 따로 복사해놓음

sample_incomplete_rows = housing[housing.isnull().any(axis=1)].head()
sample_incomplete_rows

null인 값이 하나라도 있는 경우를 뽑아서 그중 앞의 다섯개를 보여줌

sample_incomplete_rows.dropna(subset=["total_bedrooms"])    # 옵션 1
sample_incomplete_rows.drop("total_bedrooms", axis=1)       # 옵션 2
median = housing["total_bedrooms"].median()
sample_incomplete_rows["total_bedrooms"].fillna(median, inplace=True) # 옵션 3

dropna: null 값이 포함된 행 또는 열을 drop

옵션 3번은 total_bedrooms 특성에서 null 값인 행들의 값을 중앙값으로 바꾸어주었다.

from sklearn.impute import SimpleImputer
imputer = SimpleImputer(strategy="median")
housing_num = housing.drop("ocean_proximity", axis=1)
# 다른 방법: housing_num = housing.select_dtypes(include=[np.number])

ocean_proximity가 수치형 특성이 아니므로 drop한다.

imputer.fit(housing_num)
# SimpleImputer(strategy='median')
imputer.statistics_
housing_num.median().values
X = imputer.transform(housing_num)

훈련 세트를 변환

housing_tr = pd.DataFrame(X, columns=housing_num.columns,
                          index=housing_num.index)
housing_tr.loc[sample_incomplete_rows.index.values]
imputer.strategy
housing_tr.head()

범주형 입력 특성인 ocean_proximity을 전처리

housing_cat = housing[["ocean_proximity"]]
housing_cat.head(10)

from sklearn.preprocessing import OrdinalEncoder

ordinal_encoder = OrdinalEncoder()
housing_cat_encoded = ordinal_encoder.fit_transform(housing_cat)
housing_cat_encoded[:10]

Ordinal Encoder 함수는 문자열 데이터를 순서대로 정수형 데이터로 바꾸어줌

ordinal_encoder.categories_

이러한 숫자가 의미를 가지지는 않음

from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder

cat_encoder = OneHotEncoder()
housing_cat_1hot = cat_encoder.fit_transform(housing_cat)
housing_cat_1hot

하나의 특성을 다섯개로 만들어서 해당되면 1 아니면 0으로 표시되게끔 함

OneHotEncoder는 기본적으로 희소 행렬을 반환함 필요하면 toarray() 메서드를 사용해 밀집 배열로 변환할 수 있음

housing_cat_1hot.toarray()

from sklearn.base import BaseEstimator, TransformerMixin

# 열 인덱스
rooms_ix, bedrooms_ix, population_ix, households_ix = 3, 4, 5, 6

class CombinedAttributesAdder(BaseEstimator, TransformerMixin):
    def __init__(self, add_bedrooms_per_room=True): # *args 또는 **kargs 없음
        self.add_bedrooms_per_room = add_bedrooms_per_room
    def fit(self, X, y=None):
        return self  # 아무것도 하지 않습니다
    def transform(self, X):
        rooms_per_household = X[:, rooms_ix] / X[:, households_ix]
        population_per_household = X[:, population_ix] / X[:, households_ix]
        if self.add_bedrooms_per_room:
            bedrooms_per_room = X[:, bedrooms_ix] / X[:, rooms_ix]
            return np.c_[X, rooms_per_household, population_per_household,
                         bedrooms_per_room]
        else:
            return np.c_[X, rooms_per_household, population_per_household]

attr_adder = CombinedAttributesAdder(add_bedrooms_per_room=False)
housing_extra_attribs = attr_adder.transform(housing.to_numpy())

추가 특성을 위한 사용자 정의 변환기

housing_extra_attribs = pd.DataFrame(
    housing_extra_attribs,
    columns=list(housing.columns)+["rooms_per_household", "population_per_household"],
    index=housing.index)
housing_extra_attribs.head()

넘파이 배열이므로 열 이름이 없기 때문에 Dataframe으로 복원할때 다음과 같이 column을 추가

from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.preprocessing import StandardScaler

num_pipeline = Pipeline([
        ('imputer', SimpleImputer(strategy="median")),
        ('attribs_adder', CombinedAttributesAdder()),
        ('std_scaler', StandardScaler()),
    ])

housing_num_tr = num_pipeline.fit_transform(housing_num)
housing_num_tr
from sklearn.compose import ColumnTransformer

num_attribs = list(housing_num)
cat_attribs = ["ocean_proximity"]

full_pipeline = ColumnTransformer([
        ("num", num_pipeline, num_attribs),
        ("cat", OneHotEncoder(), cat_attribs),
    ])

housing_prepared = full_pipeline.fit_transform(housing)
housing_prepared

 

문제

  1. Plot 함수를 사용해서 산점도를 그리는 방법 두 가지를 설멍하시오. 그리고 income 이라는 dataframe에 age를 x축으로, height를 y축으로 하여 산점도를 그리는 코드를 작성하시오. 단, 데이터프레임은 이미 앞에서 코드가 작성되어있다고 가정한다.
  2. 앞에서 작성한 코드에 weight에 따라 산점도의 원의 크기를 조절할 수 있는 부분을 추가하여라. 또한 ‘jet’ 컬러맵을 사용해서 spending에 따라 color를 입히는 부분을 추가하여라.
  3. 피어슨 상관계수의 범위가 무엇이며 피어슨 상관계수가 양의 값을 가질 때와 음의 값을 가질 때, 0일때의 각각 의미하는 것이 무엇인지 작성하시오
  4. dropna 함수를 사용해서 데이터프레임의 null 값이 있는 행이나 열을 제거하는 방법을 소개하시오
  5. 판다스에서는 데이터프레임에 null 값이 있는 경우 이를 채워넣을 수 있는 함수를 제공한다. 이 함수의 이름은?
  6. 데이터프레임의 범주형 특성을 전처리 과정에서 수치형으로 변환하려 할때 하나의 범주형 특성을 여러개의 수치형 특성으로 바꾸어 해당되면 1, 해당되지 않으면 0으로 표시되게끔 하는 사이킷런의 함수는?