scikit-learnで正規分布へ変換

2022.08.07

2024.03.24

機械学習

Pythonscikit-learn前処理

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はじめに

scikit-learnを使って、データを正規分布のように変換する方法を紹介します。

PowerTransformer

PowerTransformerでは、Yoe-JohnsonとBox-Coxでの変換が可能です。

PowerTransformer

Gallery examples: Compare the effect of different scalers on data with outliers Map data to a normal distribution

Yeo-Johnson

1pt = PowerTransformer(method='yeo-johnson')
2pt.fit(df[cols].values)
3df[cols] = pt.transform(df[cols].values)

Box-Cox

こちらは負の値が扱えないことに注意してください。

1pt = PowerTransformer(method='box-cox')
2pt.fit(df[cols].values)
3df[cols] = pt.transform(df[cols].values)

QuantileTransformer

QuantileTransformerは分位数を使って正規分布に変換します。

QuantileTransformer

Gallery examples: Partial Dependence and Individual Conditional Expectation Plots Effect of transforming the targets in regression model Compare the effect of different scalers on data with outlier...

n_quantilesで分位数の数を設定できます。

1qt =  QuantileTransformer(n_quantiles=100, output_distribution='normal', random_state=42)
2qt.fit(df[cols].values)
3df[cols] = qt.transform(df[cols].values)

実際にやってみる

Kaggleのtitanicデータを使って実際にそれぞれ変換してみます。

Titanic - Machine Learning from Disaster

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今回は、AgeとFareのデータを変換してみます。

まずデータを読み込んで、今回は試してみるだけなので欠損データと負の値のデータを削除してしまいます。

1from sklearn.preprocessing import PowerTransformer, QuantileTransformer
2import pandas as pd
3import seaborn as sns
4import matplotlib.pyplot as plt
5sns.set()
6
7df = pd.read_csv('../input/titanic/train.csv')
8df = df.dropna(subset=cols)
9df = df[df['Fare']>0]
10
11cols = ['Age', 'Fare']
12
13df = df.dropna(subset=cols)
14df = df[df['Fare']>0]

元の分布

元のデータの分布はそれぞれ下記の通りになります。

1fig, axes = plt.subplots(1, 2, figsize=(20, 10))
2axes = axes.ravel()
3
4for col, ax in zip(cols, axes):
5    sns.histplot(df[col], ax=ax)
6
7plt.show()

PowerTransformer(Yeo-Johnson)

PowerTransformer(Yeo-Johnson)で変換します。

1yj_cols = ['Age_yj', 'Fare_yj']
2pt = PowerTransformer(method='yeo-johnson')
3pt.fit(df[cols].values)
4df[yj_cols] = pt.transform(df[cols].values)

変換した後の分布は下記のようになります。

1fig, axes = plt.subplots(1, 2, figsize=(20, 10))
2axes = axes.ravel()
3
4for col, ax in zip(yj_cols, axes):
5    sns.histplot(df[col], ax=ax)
6
7plt.show()

PowerTransformer(Box-Cox)

PowerTransformer(Box-Cox)で変換します。

1bc_cols = ['Age_bc', 'Fare_bc']
2pt = PowerTransformer(method='box-cox')
3pt.fit(df[cols].values)
4df[bc_cols] = pt.transform(df[cols].values)

変換した後の分布は下記のようになります。

1fig, axes = plt.subplots(1, 2, figsize=(20, 10))
2axes = axes.ravel()
3
4for col, ax in zip(bc_cols, axes):
5    sns.histplot(df[col], ax=ax)
6
7plt.show()

QuantileTransformer

QuantileTransformerで変換します。

1qt_cols = ['Age_qt', 'Fare_qt']
2qt =  QuantileTransformer(n_quantiles=100, output_distribution='normal', random_state=42)
3qt.fit(df[cols].values)
4df[qt_cols] = qt.transform(df[cols].values)

変換した後の分布は下記のようになります。

1fig, axes = plt.subplots(1, 2, figsize=(20, 10))
2axes = axes.ravel()
3
4for col, ax in zip(qt_cols, axes):
5    sns.histplot(df[col], ax=ax)
6
7plt.show()