归一化方法的详细示例

熊猫正常化(无偏) Sklearn归一化(有偏) 有偏见vs无偏见会影响机器学习吗? Mix-max扩展

引用: 维基百科:标准偏差的无偏估计

示例数据

import pandas as pd
df = pd.DataFrame({
               'A':[1,2,3],
               'B':[100,300,500],
               'C':list('abc')
             })
print(df)
   A    B  C
0  1  100  a
1  2  300  b
2  3  500  c

使用熊猫进行标准化(给出无偏倚的估计)

当归一化时，我们只需减去平均值并除以标准差。

df.iloc[:,0:-1] = df.iloc[:,0:-1].apply(lambda x: (x-x.mean())/ x.std(), axis=0)
print(df)
     A    B  C
0 -1.0 -1.0  a
1  0.0  0.0  b
2  1.0  1.0  c

使用sklearn进行标准化(给出有偏差的估计，与熊猫不同)

如果你用sklearn做同样的事情，你会得到不同的输出!

import pandas as pd

from sklearn.preprocessing import StandardScaler
scaler = StandardScaler()


df = pd.DataFrame({
               'A':[1,2,3],
               'B':[100,300,500],
               'C':list('abc')
             })
df.iloc[:,0:-1] = scaler.fit_transform(df.iloc[:,0:-1].to_numpy())
print(df)
          A         B  C
0 -1.224745 -1.224745  a
1  0.000000  0.000000  b
2  1.224745  1.224745  c

对sklearn有偏见的估计会降低机器学习的能力吗?

NO.

sklearn.预处理.scale的官方文档指出，使用偏估计器不太可能影响机器学习算法的性能，我们可以安全地使用它们。

来自官方文件:

我们对标准偏差使用一个有偏估计器，相当于numpy。性病(x, ddof = 0)。注意ddof的选择不太可能影响模型性能。

那MinMax Scaling呢?

在最小最大值缩放中没有标准偏差计算。所以熊猫和scikit-learn的结果是一样的。

import pandas as pd
df = pd.DataFrame({
               'A':[1,2,3],
               'B':[100,300,500],
             })
(df - df.min()) / (df.max() - df.min())
     A    B
0  0.0  0.0
1  0.5  0.5
2  1.0  1.0


# Using sklearn
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler

scaler = MinMaxScaler() 
arr_scaled = scaler.fit_transform(df) 

print(arr_scaled)
[[0.  0. ]
 [0.5 0.5]
 [1.  1. ]]

df_scaled = pd.DataFrame(arr_scaled, columns=df.columns,index=df.index)
print(df_scaled)
     A    B
0  0.0  0.0
1  0.5  0.5
2  1.0  1.0

df_normalized = df / df.max(axis=0)

这只是简单的数学。答案应该如下所示。

normed_df = (df - df.min()) / (df.max() - df.min())

您可以使用sklearn包及其相关的预处理实用程序来规范化数据。

import pandas as pd
from sklearn import preprocessing

x = df.values #returns a numpy array
min_max_scaler = preprocessing.MinMaxScaler()
x_scaled = min_max_scaler.fit_transform(x)
df = pd.DataFrame(x_scaled)

有关更多信息，请参阅scikit-learn关于预处理数据的文档:将特性扩展到一个范围。

def normalize(x):
    try:
        x = x/np.linalg.norm(x,ord=1)
        return x
    except :
        raise
data = pd.DataFrame.apply(data,normalize)

根据pandas的文档，DataFrame结构可以对自身应用操作(函数)。

DataFrame.apply(func, axis=0, broadcast=False, raw=False, reduce=None, args=(), **kwds)

沿着数据帧的输入轴应用函数。 传递给函数的对象是具有DataFrame的索引(轴=0)或列(轴=1)索引的Series对象。返回类型取决于传递的函数是否聚合，如果DataFrame为空则使用reduce参数。

您可以应用自定义函数来操作DataFrame。

你的问题实际上是一个作用于列的简单变换:

def f(s):
    return s/s.max()

frame.apply(f, axis=0)

或者更简洁:

   frame.apply(lambda x: x/x.max(), axis=0)