【翻译+解读】从官方Titanic案例打开kaggle机器学习之路（上）
作者：王大伟
Python爱好者社区唯一小编
博客：https://ask.hellobi.com/blog/wangdawei
本文代码和数据获取方式：关注Python爱好者社区，回复泰坦尼克
前言
前段时间，想打开kaggle的比赛大门，然后去官网看了一些入门kaggle和注意事项
最后，官方提供了一个kaggle经典预测案例：Titanic乘客生存预测
其实，在这之前，我也使用过kaggle的数据
写过两篇数据分析：
Python数据分析系列（2）——美国纽约皇后区空气质量分析
这个案例的原文地址是：
https://www.kaggle.com/startupsci/titanic-data-science-solutions
中文翻译解读过来难免和原文有所出入，有兴趣大家可以看看原文
这个Titanic故事大家都很熟悉，我就不在此赘述了，至于这个机器学习案例
简而言之，就是根据乘客的各项数据预测最终他/她生存还是死亡。
学完我Python基础，又想入坑数据分析挖掘机器学习可以直接看这个
我会加很多注释哒~
导入需要的包
导入的包分别是数据分析、数据可视化、机器学习的，如果你想实践却发现某个包没有，你就安装一下咯~
数据探索
我们看看官方给的数据（这是训练集数据，测试集类似）：
然后用pandas读取官方提供的训练集和测试集：
可以看看训练集的数据字段（列名）：
PassengerId => 乘客ID
Survived => 是否存活
Pclass => 乘客等级(1/2/3等舱位)
Name => 乘客姓名
Sex => 性别
Age => 年龄
SibSp => 堂兄弟/妹个数
Parch => 父母与小孩个数
Ticket => 船票信息
Fare => 票价
Cabin => 客舱
Embarked => 登船港口
数据探索首要就是搞清楚数据的类型，是类别还是数值型？
我们从数据头部可以看出：
类别型字段：Survived, Sex, and Embarked. Ordinal: Pclass.
数值型字段：Age, Fare. Discrete: SibSp, Parch.
有些数据集可能有缺失值，或者异常值（直观的那种）：
我们看一下最后五行数据：
我们接下来看看训练集和测试集数据的信息：
可以看到数据有字符型（object）、整型（int）、浮点型（float）
接下来我们看看数值型数据的描述信息：
从上面的结果，可以看出：
1. 训练集数据有892名乘客信息
2. 是否存活是用0或者1来区别（0：死亡，1：存活）
3. 训练集中，有38%乘客存活下来
4. 超过75%乘客没有和父母小孩一起乘船
5. 接近30%乘客和堂兄弟/妹一起乘船
6. 票价最高达到了 $512
7. 65-80岁的老人不多
看完了数值型数据的描述，我们看看类别型数据的描述：
我们可以从上面得出信息：
1. 训练集891名乘客的名字都是各不相同的
2. 891人中有577男性，占比65%
3. 客舱类别很多，有些乘客共享一个客舱
4. 登船港口有三个，其中S港口登船乘客最多
5. 票面特征有很高比率(22%)的重复值(唯一的只有681个)
基于数据分析的假设
我们根据迄今所做的数据探索得出以下假设：
在采取适当行动之前，我们可能会进一步验证这些假设。
关联性假设
1.我们想知道每个特征与生存的关系。
2.我们希望在项目的早期就这样做，并将这些相关性与项目后面的建模相关性进行匹配。
数据完整性假设
1. 我们可能想要完整的年龄特征，因为它肯定与生存相关。
2. 我们可能想要完整的登船港口数据，因为它也可能与生存或另一些重要的特性相关。
数据修正假设
1. 在我们的分析中，票面特征可能会被丢弃，因为它包含了高比率的重复(22%)，并且可能不会存在票和生存之间的关系。
2. 在训练和测试数据集中，客舱特征可能会被删除，因为它高度不完整或包含许多空值。
3. 乘客id可以从训练数据集上删除，因为它对生存分析没有帮助。
4. 乘客名字特征是相对不标准的，可能不会直接影响生存，所以可能会丢弃。
创建新特征假设
1. 我们可能想要创建一个新的功能，叫做基于Parch和SibSp的家庭信息，以获得在船上家庭成员的总数。
2. 我们可能希望将名称特征进行提取作为一个新特征。
3. 我们可能想要为年龄层创造新的特征。将一个连续的数字特征变成一个有序的范围特征。
4. 如果它有助于我们的分析，我们可能还想创建一个票价范围的特征。
分类假设
我们还可以根据前面探索的数据描述增加我们的假设。
1. 女性更可能存活。
2. 儿童(年龄小于多少）更可能存活下来。
3. 上层阶级的乘客(Pclass=1)更有可能幸存下来。
有了这些假设，我们继续探索数据：
我们查看计算出每个等级舱位的平均存活率：
我们查看计算了不同性别乘客的平均存活率：
我们查看计算出共同乘船时不同个数堂兄弟/姐妹的乘客存活率：
我们查看计算出和不同父母/孩子一起乘船的乘客生存率：
从上面可以得出：
1. Pclass在Pclass=1中观察到显著相关(>0.5)，超过50%的人存活 (分类假设3）。我们决定在我们的模型中包含这个特征。
2. 性别对生存影响很大，女性74%都生存下来（分类假设1）
3. SibSp和Parch这些特征对某些值没有相关性。最好从这些特征派生出一个或一组新特征。（创建新特征假设1）
通过可视化进行数据分析
现在我们可以通过可视化分析数据来继续确认我们的一些假设。
相关数值特征
让我们从理解数字特征与我们的解决方案目标(幸存)之间的相关性开始。
直方图对于分析像年龄这样的连续的数值变量是很有用的，因为在这些变量中，条带或范围将有助于识别有用的模式。
直方图可以用自动定义的箱子或相等的范围表示样本的分布。这有助于我们回答有关特定波段的问题(例如：婴儿的存活率更高吗?)
注意，在直方图中，x轴代表了样本或乘客的数量。
我想说，不要羡慕R的可视化，我们Python有seaborn可视化模块！
死亡和生存乘客分别对应的年龄分布：
通过上图观察出：
1. 婴儿(年龄<=4)生存率高。
2. 最年长的乘客(年龄= 80)幸存。
3. 大量15-25岁的儿童没有存活。
4. 大多数乘客的年龄在15-35岁之间。
决策：
这个简单的分析确认了一些我们的假设，为后面的工作铺垫好了：
在我们的模型训练中，我们应该考虑年龄（分类假设2）。
我们应该填充年龄特征的空缺值（数据完整性假设1）。
我们应该将年龄分段（创建新特征假设3）。
相关的数字和序数特征
我们可以将多个特征组合起来，用一个单独的图来确定相关性。这可以通过数值和分类特征来完成。
下面这个图展示了不同舱位的生存/死亡乘客年龄和人数分布：
观察上图情况：
1. 大多数乘客都是Pclass=3，但大多数乘客都没有生还。确认我们的分类假设2。
2. Pclass=2和Pclass=3的婴儿乘客大多幸存。进一步证实了我们的分类假设2。
3. Pclass=1中的大多数乘客都幸存了下来。确认我们的分类假设3。
4. Pclass在乘客的年龄分布上有所不同。
决策：
考虑Pclass加入模型训练。
关联分类特征
现在我们可以将分类特征与我们的解决方案目标联系起来。
观察出：
1. 女性乘客的生存率比男性高得多。确认分类假设1。
2. 在登船港口为C时，男性的生存率更高。这可能是Pclass与登船港口之间的一种相关性，并导致了Pclass和幸存关系，而不是在登船港口和幸存之间直接相关。
3. 与Pclass=2相比，Pclass=3的Q港口登船男性的生存率更高。（数据完整性假设2）
4. 登船的港口为Pclass=3对男性乘客的生存率有较大的影响，生存率波动较大，（数据修正假设1）。
决策：
将性别特征添加到模型训练中。
添加登船港口特征进入模型训练。
类别特征和数字特征的相关性分析
我们还可能希望将类别特征和数字特征关联起来。
我们可以考虑登船港口特征(类别特征)，性别(类别特征)，船票费用(数字特征)，与是否幸存(数值类别特征)。
观察出：
1. 支付更高票价的乘客更好的生存。确认我们创建新特征假设4，要新建票价范围特征的假设。
2. 登船港口与存活率有关。确认我们的关联性假设1和数据完整性假设2。
决策：
考虑将船票费用分段创建新特征。
未完待续~
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