더미 변수로 분류 된 범주 형 변수의 기능 중요성을 얻는 방법을 이해하려고합니다. R 또는 h2o 가하는 방식으로 범주 변수를 처리하지 않는 scikit-learn을 사용하고 있습니다.
범주 형 변수를 더미 변수로 분류하면 해당 변수의 클래스마다 별도의 기능 중요도가 있습니다.
내 질문은, 더미 변수의 중요도를 단순히 범주화하여 범주 변수의 중요도 값으로 재결합하는 것이 합리적입니까?
통계 학습의 요소 368 페이지에서 :
변수 의 제곱 상대 중요도 는 분할 변수로 선택된 모든 내부 노드에 대한 제곱 개선의 합입니다.
따라서 변수가 선택된 각 노드에서 메트릭을 합산하여 중요도 값을 이미 생성 했으므로 더미 변수의 변수 중요도 값을 결합하여 범주 형 변수의 중요도를 "복구"할 수 있어야합니다. 물론 나는 그것이 정확하다고 기대하지는 않지만,이 값들은 무작위 프로세스를 통해 발견되므로 어쨌든 정확한 값입니다.
조사를 위해 다음 파이썬 코드 (jupyter)를 작성했습니다.
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import animation, rc
from sklearn.datasets import load_diabetes
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
import re
#%matplotlib inline
from IPython.display import HTML
from IPython.display import set_matplotlib_formats
plt.rcParams['figure.autolayout'] = False
plt.rcParams['figure.figsize'] = 10, 6
plt.rcParams['axes.labelsize'] = 18
plt.rcParams['axes.titlesize'] = 20
plt.rcParams['font.size'] = 14
plt.rcParams['lines.linewidth'] = 2.0
plt.rcParams['lines.markersize'] = 8
plt.rcParams['legend.fontsize'] = 14
# Get some data, I could not easily find a free data set with actual categorical variables, so I just created some from continuous variables
data = load_diabetes()
df = pd.DataFrame(data.data, columns=[data.feature_names])
df = df.assign(target=pd.Series(data.target))
# Functions to plot the variable importances
def autolabel(rects, ax):
"""
Attach a text label above each bar displaying its height
"""
for rect in rects:
height = rect.get_height()
ax.text(rect.get_x() + rect.get_width()/2.,
1.05*height,
f'{round(height,3)}',
ha='center',
va='bottom')
def plot_feature_importance(X,y,dummy_prefixes=None, ax=None, feats_to_highlight=None):
# Find the feature importances by fitting a random forest
forest = RandomForestClassifier(n_estimators=100)
forest.fit(X,y)
importances_dummy = forest.feature_importances_
# If there are specified dummy variables, combing them into a single categorical
# variable by summing the importances. This code assumes the dummy variables were
# created using pandas get_dummies() method names the dummy variables as
# featurename_categoryvalue
if dummy_prefixes is None:
importances_categorical = importances_dummy
labels = X.columns
else:
dummy_idx = np.repeat(False,len(X.columns))
importances_categorical = []
labels = []
for feat in dummy_prefixes:
feat_idx = np.array([re.match(f'^{feat}_', col) is not None for col in X.columns])
importances_categorical = np.append(importances_categorical,
sum(importances_dummy[feat_idx]))
labels = np.append(labels,feat)
dummy_idx = dummy_idx | feat_idx
importances_categorical = np.concatenate((importances_dummy[~dummy_idx],
importances_categorical))
labels = np.concatenate((X.columns[~dummy_idx], labels))
importances_categorical /= max(importances_categorical)
indices = np.argsort(importances_categorical)[::-1]
# Plotting
if ax is None:
fig, ax = plt.subplots()
plt.title("Feature importances")
rects = ax.bar(range(len(importances_categorical)),
importances_categorical[indices],
tick_label=labels[indices],
align="center")
autolabel(rects, ax)
if feats_to_highlight is not None:
highlight = [feat in feats_to_highlight for feat in labels[indices]]
rects2 = ax.bar(range(len(importances_categorical)),
importances_categorical[indices]*highlight,
tick_label=labels[indices],
color='r',
align="center")
rects = [rects,rects2]
plt.xlim([-0.6, len(importances_categorical)-0.4])
ax.set_ylim((0, 1.125))
return rects
# Create importance plots leaving everything as categorical variables. I'm highlighting bmi and age as I will convert those into categorical variables later
X = df.drop('target',axis=1)
y = df['target'] > 140.5
plot_feature_importance(X,y, feats_to_highlight=['bmi', 'age'])
plt.title('Feature importance with bmi and age left as continuous variables')
#Create an animation of what happens to variable importance when I split bmi and age into n (n equals 2 - 25) different classes
# %%capture
fig, ax = plt.subplots()
def animate(i):
ax.clear()
# Split one of the continuous variables up into a categorical variable with i balanced classes
X_test = X.copy()
n_categories = i+2
X_test['bmi'] = pd.cut(X_test['bmi'],
np.percentile(X['bmi'], np.linspace(0,100,n_categories+1)),
labels=[chr(num+65) for num in range(n_categories)])
X_test['age'] = pd.cut(X_test['age'],
np.percentile(X['age'], np.linspace(0,100,n_categories+1)),
labels=[chr(num+65) for num in range(n_categories)])
X_test = pd.get_dummies(X_test, drop_first=True)
# Plot the feature importances
rects = plot_feature_importance(X_test,y,dummy_prefixes=['bmi', 'age'],ax=ax, feats_to_highlight=['bmi', 'age'])
plt.title(f'Feature importances for {n_categories} bmi and age categories')
ax.spines['top'].set_visible(False)
ax.spines['right'].set_visible(False)
ax.spines['bottom'].set_visible(False)
ax.spines['left'].set_visible(False)
return [rects,]
anim = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=24, interval=1000)
HTML(anim.to_html5_video())
결과는 다음과 같습니다.
변수의 중요성은 대부분 범주의 수에 달려 있다는 것을 알 수 있습니다.이 차트의 일반적인 유용성에 의문을 제기합니다. 특히 age 연속 형보다 훨씬 높은 값 에 도달 하는 것이 중요 합니다.
마지막으로 더미 변수 (bmi 만)로 남겨 두는 예 :
# Split one of the continuous variables up into a categorical variable with i balanced classes
X_test = X.copy()
n_categories = 5
X_test['bmi'] = pd.cut(X_test['bmi'],
np.percentile(X['bmi'], np.linspace(0,100,n_categories+1)),
labels=[chr(num+65) for num in range(n_categories)])
X_test = pd.get_dummies(X_test, drop_first=True)
# Plot the feature importances
rects = plot_feature_importance(X_test,y, feats_to_highlight=['bmi_B','bmi_C','bmi_D', 'bmi_E'])
plt.title(f"Feature importances for {n_categories} bmi categories")
