【附代码】python采样方法集锦

2023-06-08 0 697

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📙本文内容:介绍7种主要的采样方法,并给出python代码示例。

1.随机采样

python代码:

import random

sample = random.sample(population, k)

解读:

random.sample()函数从population中随机选择k个元素作为样本,返回一个列表。其中population可以是一个序列、集合或其他可迭代对象,k为采样数量。

2.等距采样

python代码

import numpy as np

sample = np.linspace(start, stop, num)

解读:

numpy.linspace()函数返回一个等距的样本数组,其中start和stop分别为样本的起始值和结束值,num为采样数量。

3.分层采样

python代码

from sklearn.model_selection import train_test_split

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, stratify=y)

解读:

sklearn.model_selection中的train_test_split()函数可以进行分层采样,其中test_size为测试集占比,stratify参数指定分层变量,即按照y的分布进行采样。

4.重采样

python代码

from sklearn.utils import resample

sample = resample(data, n_samples=n)

解读:

sklearn.utils中的resample()函数可以进行重采样,其中data为原始数据,n_samples为采样数量。

以上是常用的Python采样方法及其代码解读。

5.水塘采样(Reservoir sampling)

主要用于解决大数据流中的随机抽样问题,即:当内存有限,数据长度很大,甚至未知,那么如何从中随机选取k个数据,并且要求是等概率

水塘抽样的核心是,只遍历一次,每次都考虑一个问题:当前元素是否被选中,选中后替换之前选中的哪一个元素。

采样过程:集合中总元素个数为n,随机选取k个元素

step1.首先将前k个元素全部选取。

step2.对于第i个元素(i>k),以概率k/i来决定是否保留该元素,如果保留该元素的话,则随机丢弃掉原有的k个元素中的一个(即原来某个元素被丢掉的概率是1/k)。

结果:每个元素被最终被选取的概率都是k/n。

python代码

假设我们必须从无限大的流中抽取 5 个对象,且每个元素被选中的概率都相等。

import randomdef generator(max):
 number = 1
 while number 

另一种python代码

要随机选择K个元素,那么在遍历到第i个元素时,以k/i的概率选择该元素。

def reservoirSamplingk(arr, k):
    res = arr[:k]
    i = k
    while i 

6.随机欠采样和过采样

我们经常会遇到不平衡的数据集。

一种广泛采用的处理高度不平衡数据集的技术称为重采样。它包括从多数类(欠采样)中删除样本或向少数类(过采样)中添加更多示例。这里只介绍部分算法,其他详细请见博文:

python代码

先创建一些不平衡数据示例。

from sklearn.datasets import make_classification
import matplotlib.pyplot as plt
from collections import Counter

# 1.创建类别不平衡的数据集:
# 使用make_classification生成样本数据
X, y = make_classification(n_samples=5000,
                           n_features=2,  # 特征个数 = n_informative() + n_redundant + n_repeated
                           n_informative=2,  # 多信息特征的个数
                           n_redundant=0,  # 冗余信息,informative特征的随机线性组合
                           n_repeated=0,  # 重复信息,随机提取n_informative和n_redundant 特征
                           n_classes=3,  # 分类类别
                           n_clusters_per_class=1,  # 某一个类别是有几个cluster构成的
                           weights=[0.01, 0.05, 0.94],  # 列表类型,权重比
                           random_state=0
                           )

# 2.查看各个标签的样本:
counter = Counter(y)
print(counter) # Counter({2: 4674, 1: 262, 0: 64})

# 3.数据集可视化:
plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y)
plt.show()

# 4、过采样 
# 4.1 随机过采样
ros = RandomOverSampler(random_state=0)

X_resampled, y_resampled = ros.fit_resample(X, y)
counter_resampled = Counter(y_resampled)
print(counter_resampled)

plt.scatter(X_resampled[:, 0], X_resampled[:, 1], c=y_resampled)
plt.show()

随机过采样的缺点:

(1)对于随机过采样,由于需要对少数类样本进行复制来扩大数据集,造成模型训练复杂度加大。

(2)另一方面也容易造成模型的过拟合问题,因为随机过采样是简单的对初始样本进行复制采样,这就使得学习器学得的规则过于具体化,不利于学习器的泛化性能,造成过拟合问题。

(3)为了解决随机过采样中造成模型过拟合问题,又能保证实现数据集均衡的目的,出现了过采样法代表性的算法SMOTE算法

7.使用 imbalanced-learn 进行欠采样和过采样

imbalanced-learn(imblearn)是一个用于解决不平衡数据集问题的 python 包,它提供了多种方法来进行欠采样和过采样。

7.1使用 Tomek Links 进行欠采样

如果两个样本点互为最近邻且分属于不同类别,则在它们之间形成Tomek’s link,通过参数sampling_strategy可以选择剔除的样本类别。

python代码

from imblearn.under_sampling import TomekLinks
tl = TomekLinks(sampling_strategy='auto') # 移除多数类样本
# tl = TomekLinks(sampling_strategy='all') # 多数类样本和少数类样本都移除
X_res, y_res = tl.fit_resample(X, y)

7.2使用 SMOTE 进行过采样

Synthetic Minority Oversampling Technique (SMOTE),通过插值来生成新样本,对于每个少数类样本计算其K个最近的少数类邻居,然后根据采样比率随机选择若干邻居,最后在少数类样本与邻居样本之间进行插值生成新样本。


from imblearn.over_sampling import SMOTE
sm = SMOTE(random_state=42)
X_res, y_res = sm.fit_resample(X, y)

imbLearn 包中还有许多其他方法,可以用于欠采样(Cluster Centroids, NearMiss 等)和过采样(ADASYN 和 bSMOTE)。


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参考资料:

https://www.jianshu.com/p/b24c3177ea47

https://zhuanlan.zhihu.com/p/76024846

文章来源于互联网:【附代码】python采样方法集锦

银河教育 网络教程 【附代码】python采样方法集锦 https://www.edufly.cn/data/tutorial/1063.html

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