處理缺失值是數(shù)據(jù)分析中的一個重要步驟,許多機(jī)器學(xué)習(xí)算法不能直接處理包含缺失值的 dataset。以下是一些常用的缺失值填充方法:
1. 刪除缺失值
完全刪除缺失值: 如果數(shù)據(jù)集很大,可以刪除含有缺失值的行。很好理解,當(dāng)數(shù)據(jù)有幾萬條,缺失的數(shù)據(jù)只有幾十條時,去掉有缺失值的行影響很小。一般不刪除有缺失的列是因為一般將列數(shù)據(jù)作為特征量,不能輕易刪除某個特征(變量)。
條件刪除: 如果某些列或行的缺失值太多,可以考慮刪除。因為如果缺失的數(shù)據(jù)過多,你無法通過已有的數(shù)據(jù)來推測其他缺失數(shù)據(jù)。
2. 填充固定值
填充0: 在某些情況下,缺失可能意味著“沒有”,因此可以用0填充。如果調(diào)查中某些問題沒有回答,可以用0(代表“沒有意見”或“不適用”)來填充。
填充特定值: 有時候可以用某個統(tǒng)計量(如平均值、中位數(shù)等)填充所有缺失值。適用于有理由相信缺失值應(yīng)該被填充為某個特定值的情況,例如,在某些情況下,缺失的年齡可能應(yīng)該被填充為中位數(shù)年齡。
3. 使用統(tǒng)計量填充
平均值: 用所有非缺失值的平均值填充缺失值。適用于數(shù)據(jù)分布較為均勻,沒有異常值的情況。
中位數(shù): 當(dāng)數(shù)據(jù)分布不均或有異常值時,中位數(shù)是一個更好的選擇。
眾數(shù): 如果某個特征大多數(shù)值都是相同的,那么可以用眾數(shù)填充。
4. 使用模型預(yù)測
K最近鄰(KNN): 對于一個含有缺失值的樣本,可以找到與之最相似的K個樣本,然后用這些樣本的均值或中位數(shù)填充缺失值。適用于數(shù)據(jù)集較大,且特征之間相關(guān)性較高的情況。
回歸模型: 可以建立一個回歸模型來預(yù)測缺失值,然后用模型的預(yù)測結(jié)果填充。在建立信用評分模型時,如果某些客戶的收入信息缺失,可以使用回歸模型根據(jù)其他特征(如教育水平、工作年限)來預(yù)測并填充缺失的收入。
5. 插值方法
線性插值: 在缺失值前后找到兩個點(diǎn),然后在這兩點(diǎn)之間做線性插值。在分析股票價格時,如果某一天的股票價格缺失,可以使用前一天和后一天的價格進(jìn)行線性插值來估計缺失值。
多項式插值: 如拉格朗日插值、牛頓插值等,可以更好地捕捉數(shù)據(jù)的非線性關(guān)系。
6. 基于矩陣分解的方法
奇異值分解(SVD): 可以用于填充缺失值,特別是在推薦系統(tǒng)中。例如在構(gòu)建電影推薦系統(tǒng)時,用戶-電影評分矩陣中可能會有大量缺失值?梢允褂闷娈愔捣纸猓⊿VD)來填充這些缺失的評分,從而提高推薦的準(zhǔn)確性。
7. 使用相鄰值填充
使用缺失值的前值或者后值填充:這種方法適用于數(shù)據(jù)集中的缺失值是偶然發(fā)生的,并且數(shù)據(jù)的趨勢在短時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定的情況,比如平穩(wěn)的時間序列數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用中,前向填充和后向填充可以結(jié)合使用,如果前面的值缺失,則使用后面的值填充,反之亦然。這種方法在處理時間序列數(shù)據(jù)時非常方便,因為它不需要復(fù)雜的統(tǒng)計模型或算法,并且可以保留數(shù)據(jù)的原始趨勢。
8. 假設(shè)填充
多重插補(bǔ): 為每個缺失值生成多個可能的填充值,然后分析這些數(shù)據(jù)集并匯總結(jié)果。
貝葉斯方法: 使用貝葉斯統(tǒng)計方法來估計缺失值的分布,并從中抽樣填充。例如,在一項關(guān)于教育背景的調(diào)查中,如果某些受訪者沒有提供他們的最高教育水平,可以使用貝葉斯方法來估計這些缺失值的概率分布,并據(jù)此填充。
9. 基于聚類的填充
基于聚類的填充: 將具有相似特征的樣本分為一組,然后使用該組的統(tǒng)計量(如平均值、中位數(shù))填充缺失值。例如,可以根據(jù)客戶的購買歷史和其他特征將客戶分為不同的群體,然后使用每個群體的購買頻率的平均值或中位數(shù)來填充缺失值。
10. 使用高斯過程回歸
高斯過程回歸: 對于有噪聲的數(shù)據(jù),使用高斯過程回歸可以較好地處理缺失值。例如,在氣象站的數(shù)據(jù)中,如果某個時間點(diǎn)的溫度記錄缺失,可以使用高斯過程回歸來根據(jù)其他時間點(diǎn)的溫度記錄和相關(guān)信息來估計缺失的溫度值。
11. 使用多重交叉驗證
多重交叉驗證: 在填充缺失值時,使用多重交叉驗證來評估不同填充方法的性能,并選擇最佳方法。例如,在信用卡欺詐檢測的數(shù)據(jù)集中,可能會遇到客戶交易記錄中缺失某些特征值的情況。使用多重交叉驗證,可以評估不同的缺失值填充方法(如平均值、中位數(shù)、K最近鄰等)對模型性能的影響,并選擇最佳方法。
每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn),適用于不同的數(shù)據(jù)集和不同的任務(wù)。在實際應(yīng)用中,可能需要嘗試多種方法,然后根據(jù)模型的性能來選擇最佳的方法。