
無論它的規(guī)模和大小如何,數(shù)據(jù)已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)、公司和組織的一流資產(chǎn)。任何一個智能系統(tǒng)都需要數(shù)據(jù)驅(qū)動,無論它多復雜。每個智能系統(tǒng)的核心,均有一個或多個基于某種數(shù)據(jù)學習方法的算法,例如機器學習、深度學習或統(tǒng)計方法,它們利用這些數(shù)據(jù)來生成知識,并在一段時間內(nèi)提供智能洞察。
算法本身是非常通用的,但無法在普通原始數(shù)據(jù)上有效發(fā)揮作用。因此,需要從原始數(shù)據(jù)中提取有意義的特征,我們才能夠理解和使用這些數(shù)據(jù)。
任何一個智能數(shù)據(jù)洞察系統(tǒng)基本上都由端到端的管道組成:
如果有必要的話,還需要根據(jù)手頭要解決的問題部署該模型以供將來使用。
獲取原始數(shù)據(jù)后,直接在數(shù)據(jù)之上構建模型是魯莽的,因為我們無法從普通原始數(shù)據(jù)中獲得想要的結果或性能,而且算法本身也不會自動從中提取有意義的特征。在上圖中指出的數(shù)據(jù)準備方面,在對原始數(shù)據(jù)進行必要的清洗、預處理分析之后,便可以采用多種方法從中提取有意義的屬性或特征。特征工程是一門藝術,也是一門科學,這也是為什么數(shù)據(jù)科學家在建模之前通常會把70%的時間花在數(shù)據(jù)準備上。
“特征工程是將原始數(shù)據(jù)轉化為特征的過程,這些特征可以更好地向預測模型描述潛在問題,從而提高模型對未見數(shù)據(jù)的準確性?!?/span>
-Jason Brownlee博士
這讓我們深入了解了為什么特征工程是一個將數(shù)據(jù)轉化成作為機器學習模型輸入的特征的過程,換句話說,高質(zhì)量的特征有助于提高模型整體的性能和準確性。特征在很大程度上與基本問題相關聯(lián)。
因此,即使機器學習任務在不同的場景中可能是相同的,比如將物聯(lián)網(wǎng)事件分類為正常和異常行為,或者將客戶情緒分類,但每個場景中提取的特征都會有很大的不同。
什么是特征?
特征通常是建立在原始數(shù)據(jù)之上的特定表示,它是一個單獨的可測量屬性,通常用數(shù)據(jù)集中的列表示。對于一個通用的二維數(shù)據(jù)集,每個觀測值由一行表示,每個特征由一列表示,對于每一個觀測具有一個特定的值。
因此,就像上圖中的例子一樣,每行通常表示一個特征向量,所有觀察到的全部特征集形成一個二維特征矩陣,也稱為特征集。這類似于用來表示二維數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)框或電子表格。機器學習算法通常與這些數(shù)值矩陣或張量一起工作,因此絕大多數(shù)特征工程技術都是將原始數(shù)據(jù)轉換為一些數(shù)值表達,以便算法理解。
基于數(shù)據(jù)集的特征可以分為兩大類:
舉一個簡單的例子:通過將當前日期減去訂單日期,可以從包含“訂單日期”的訂單數(shù)據(jù)集中創(chuàng)建一個新的“訂單履行日期”。另一方面,在特定的深度學習算法中,特征通常比較簡單,因為算法本身會內(nèi)部轉化數(shù)據(jù)。這種方法需要的數(shù)據(jù)量會比較大,并以犧牲解釋性為代價。然而,在圖像處理或自然語言處理用例中,這樣的折中方法往往是值得的。
對于公司面臨的大多數(shù)其他用例,例如預測分析,特征工程是將數(shù)據(jù)轉換成機器學習所需要的格式。特征的選擇對模型的解釋性和性能都至關重要。如果沒有特征工程,今天的大公司就無法部署精確的機器學習系統(tǒng)。
特征工程
數(shù)值數(shù)據(jù)通常以標量值的形式描述觀測、記錄或測量數(shù)據(jù)。在這里,我們所說的數(shù)值數(shù)據(jù)是指連續(xù)數(shù)據(jù),而不是通常用來表示分類數(shù)據(jù)的離散數(shù)據(jù)。數(shù)值數(shù)據(jù)也可以是向量值,其中向量中的每個值或?qū)嶓w都可以表示一個特定的特征。整數(shù)和浮點數(shù)是連續(xù)數(shù)值數(shù)據(jù)中最常見和最廣泛使用的數(shù)值數(shù)據(jù)類型。
即使數(shù)值數(shù)據(jù)可以直接輸入機器學習模型,在構建模型之前,仍然需要設計與場景、問題和領域相關的特征。因此,對特性工程的需求仍然存在。
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