AIM-PIbd-31-Belianin-N-N/laboratory_2/lab2.ipynb
nikbel2004@outlook.com f84af2fd03 laboratory_2
2024-10-12 05:17:25 +04:00

2.3 MiB
Raw Permalink Blame History

Приступаем к работе...

Начнём анализ данных. Выгрузим в датафрейм первый набор (Цены на бриллианты)

P.S. Кааажется будет трудно... :|

In [1]:
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns

# Первый датафрейм о бриллиантах
df = pd.read_csv(".//static//csv//diamonds_prices2022.csv")
print(df.columns)

print()

df.info()
Index(['Unnamed: 0', 'carat', 'cut', 'color', 'clarity', 'depth', 'table',
       'price', 'x', 'y', 'z'],
      dtype='object')

<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 53943 entries, 0 to 53942
Data columns (total 11 columns):
 #   Column      Non-Null Count  Dtype  
---  ------      --------------  -----  
 0   Unnamed: 0  53943 non-null  int64  
 1   carat       53943 non-null  float64
 2   cut         53943 non-null  object 
 3   color       53943 non-null  object 
 4   clarity     53943 non-null  object 
 5   depth       53943 non-null  float64
 6   table       53943 non-null  float64
 7   price       53943 non-null  int64  
 8   x           53943 non-null  float64
 9   y           53943 non-null  float64
 10  z           53943 non-null  float64
dtypes: float64(6), int64(2), object(3)
memory usage: 4.5+ MB

Описание набора: В этом наборе данных представлен датасет о ценах на бриллианты. Рассматривается набор данных, содержащий цены и атрибуты примерно для 54 000 бриллиантов круглой огранки. В наборе данных 53 940 бриллиантов с 10 характеристиками (карат, огранка, цвет, прозрачность, глубина, таблица, цена, x, y и z). Большинство переменных являются числовыми по своей природе, но переменные cut, color и clearity являются упорядоченными факторными переменными со следующими уровнями. О валюте для столбца price: это цена ($). Что касается столбцов x, y и z, то они представляют собой размеры алмаза в виде (( x: длина в мм, y: ширина в мм, z: глубина в мм))

In [17]:
# Для наглядности
df.head()
Out[17]:
Unnamed: 0 carat cut color clarity depth table price x y z
0 1 0.23 Ideal E SI2 61.5 55.0 326 3.95 3.98 2.43
1 2 0.21 Premium E SI1 59.8 61.0 326 3.89 3.84 2.31
2 3 0.23 Good E VS1 56.9 65.0 327 4.05 4.07 2.31
3 4 0.29 Premium I VS2 62.4 58.0 334 4.20 4.23 2.63
4 5 0.31 Good J SI2 63.3 58.0 335 4.34 4.35 2.75
In [18]:
# Описание данных (основные статистические показатели)
df.describe()
Out[18]:
Unnamed: 0 carat depth table price x y z
count 53943.000000 53943.000000 53943.000000 53943.000000 53943.000000 53943.000000 53943.000000 53943.000000
mean 26972.000000 0.797935 61.749322 57.457251 3932.734294 5.731158 5.734526 3.538730
std 15572.147122 0.473999 1.432626 2.234549 3989.338447 1.121730 1.142103 0.705679
min 1.000000 0.200000 43.000000 43.000000 326.000000 0.000000 0.000000 0.000000
25% 13486.500000 0.400000 61.000000 56.000000 950.000000 4.710000 4.720000 2.910000
50% 26972.000000 0.700000 61.800000 57.000000 2401.000000 5.700000 5.710000 3.530000
75% 40457.500000 1.040000 62.500000 59.000000 5324.000000 6.540000 6.540000 4.040000
max 53943.000000 5.010000 79.000000 95.000000 18823.000000 10.740000 58.900000 31.800000
In [19]:
# Процент пропущенных значений признаков
for i in df.columns:
    null_rate = df[i].isnull().sum() / len(df) * 100
    if null_rate > 0:
        print(f'{i} Процент пустых значений: %{null_rate:.2f}')

# Проверка на пропущенные данные
df.isnull().sum()
Out[19]:
Unnamed: 0    0
carat         0
cut           0
color         0
clarity       0
depth         0
table         0
price         0
x             0
y             0
z             0
dtype: int64
In [20]:
df.isnull().any()
Out[20]:
Unnamed: 0    False
carat         False
cut           False
color         False
clarity       False
depth         False
table         False
price         False
x             False
y             False
z             False
dtype: bool

Пропущенных данных в колонках нет :)

Анализ сведений о наборе данных

Набор данных: Набор данных содержит 53 940 наблюдений, каждое из которых представляет собой бриллиант с характеристиками, такими как вес (карат), огранка, цвет, прозрачность, глубина, размеры (x, y, z), а также цена.

Проблемная область: Проблемной областью может быть задача оценки стоимости бриллианта на основе его характеристик, что важно для торговли бриллиантами, определения их рыночной стоимости и других бизнес-задач.

Проанализируем содержимое...

Объекты наблюдения: Каждый бриллиант будет объектом наблюдения.

Атрибуты объектов: Основные атрибуты представляют собой числовые характеристики такие, как carat (вес), depth (глубина в бриллианте - расстояние от площадки до каллеты. Калетта - нижняя часть бриллианта), table (площадка - большая грань бриллианта), x,y,z - размеры. Категориальные характеристики такие, как cut (огранка), color (цвет) и clarity (прозрачность).

Связи между объектами: Вес бриллианта влияет на цену (carat -> price), также существует связь между качеством огранки и ценой (cut -> price)

Бизнес-цель

  1. Автоматизация процесса оценки стоимости бриллианта
    Построить модель для оценки цены бриллианты на основе его характеристик. Эффект для бизнеса от анализа данных заключается в улучшении бизнес-процессов (повышение эффективности операционных процессов), повышении доходов, сокращении затрат и улучшению клиентских отношений.
  2. Оптимизация ассортимента и продаж
    Построить модель для анализа данных, какие характеристики бриллиантов наиболее востребованы и наилучшим образом влияют на рост продаж. Эффект для бизнеса в том, что компании могут оптимизировать ассортимент на более востребованные, что приведёт к увеличению продаж.

Техническая цель

  1. Разработка модели для оценки стоимости бриллиантов
    Создать модель машинного обучения, которая на вход получает характеристики бриллианта (вес, огранка, цвет и т.д.) и предсказывает его цену. На вход поступают характеристики, а целевой признак - цена бриллианта.
  2. Оптимизация ассортимента и прогнозирование спроса
    Создать модель для предсказания спроса (популярности) определённых категорий бриллиаантов в зависимости от их характеристик. НА вход поступают характеристики бриллианта, а целевой признак - показатели продаж или востребованность товара.
In [21]:
# Построим графики boxplot для обнаружения выбросов
plt.figure(figsize=(20, 15))

# Создание boxplot
for i, column in enumerate(['carat', 'depth', 'table', 'price'], 1):
    plt.subplot(4, 2, i)
    sns.boxplot(x=df[column])
    plt.title(f"Boxplot для {column}")
    
plt.tight_layout()
plt.show()
No description has been provided for this image

Проблемы наборов

Зашумленность данных: Может быть обнаружена через большое количество выбросов (аномальных значений). Выбросы могут выходить за нормальные границы. Они наблюдаются во всех графиках, которые мы построили. Если у определённого параметра много выбросов, то данные могут быть зашумлены или содержат необычные значения, которые стоит анализировать и, возможно, удалить или скорректировать. Графики boxplot помогают визуализировать распределение данных и выявить выбросы, которые находятся за пределами "усов" боксплота.

Попробуем решить устранить проблему выбросов для table и depth. Используется метод усреднения данных для устранения выбросов. Метод стандартных отклонений.

In [22]:
# Вычисление среднего и стандартного отклонения для столбцов
means = df[['carat', 'depth', 'table']].mean()
std_devs = df[['carat', 'depth', 'table']].std()

# Определение порога для выбросов (например, 3 стандартных отклонения)
threshold = 3

# Функция для замены выбросов на среднее значение
def replace_outliers_with_mean(column):
    mean_value = column.mean()
    upper_limit = mean_value + threshold * column.std()
    lower_limit = mean_value - threshold * column.std()
    
    return column.where((column >= lower_limit) & (column <= upper_limit), mean_value)

# Применение функции к каждому столбцу
for column in ['depth', 'table', 'carat']:
    df[column] = replace_outliers_with_mean(df[column])

# Графическое отображение после замены выбросов
plt.figure(figsize=(20, 15))
for i, column in enumerate(['carat', 'depth', 'table'], 1):
    plt.subplot(4, 2, i)
    sns.boxplot(x=df[column])
    plt.title(f"Boxplot для {column} после замены выбросов на среднее значение")

plt.tight_layout()
plt.show()
No description has been provided for this image

Этот подход позволяет вам обрабатывать выбросы, не прибегая к квантилям и он наверяка избавит от выбросов. Однако стоит отметить, что использование стандартных отклонений может не всегда быть оптимальным для всех распределений данных, потому что данные могут быть плохо распределены. А использование медианы с квантилями вместо среднего значения помогает лучше справиться с выбросами, особенно если распределение данных имеет сильные отклонения.

In [23]:
# Вычисление квантилей для каждого столбца
Q1 = df[['carat', 'depth', 'table']].quantile(0.01)
Q3 = df[['carat', 'depth', 'table']].quantile(0.99)
IQR = Q3 - Q1

# Определение границ для выбросов
lower_bound = Q1 - 1.5 * IQR
upper_bound = Q3 + 1.5 * IQR

# Функция для замены выбросов на медианное значение
def replace_outliers_with_median(column):
    median_value = column.median()
    return column.where((column >= lower_bound[column.name]) & (column <= upper_bound[column.name]), median_value)

# Применение функции к каждому столбцу
for column in ['depth', 'table', 'carat']:
    df[column] = replace_outliers_with_median(df[column])

# Графическое отображение после замены выбросов
plt.figure(figsize=(20, 15))
for i, column in enumerate(['carat', 'depth', 'table'], 1):
    plt.subplot(4, 2, i)
    sns.boxplot(x=df[column])
    plt.title(f"Boxplot для {column} после замены выбросов на медиану")

plt.tight_layout()
plt.show()
No description has been provided for this image

Актуальность данных — это проблема, которая возникает, когда данные устарели или больше не отражают текущую ситуацию. Это часто встречается в данных о ценах.
Просачивание данных происходит, когда в обучающей выборке присутствует информация, которая не должна быть известна модели на этапе обучения. В данном случае это может происходить, если некоторые переменные, такие как цена, сильно коррелируют с целевым признаком и тем самым искажают результат. Проверка на наличие утечек данных.
Смещение в данных может возникать, если датасет не полностью репрезентативен для реальной популяции бриллиантов. Например, если в датасете больше дешёвых или дорогих бриллиантов, это создаёт смещение в оценке моделей
Код ниже проверяет данные на распредение признаков и просачивание данных.

In [24]:
# Проверка распределения признаков
plt.figure(figsize=(15, 10))
for i, column in enumerate(['price', 'cut'], 1):
    plt.subplot(3, 1, i)
    sns.histplot(df[column], bins=20, kde=True)
    plt.title(f"Распределение {column}")
plt.tight_layout()
plt.show()

# Средняя цена по типу огранки (cut)
cut_price_mean = df.groupby('cut')['price'].mean().sort_values()
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.barplot(x=cut_price_mean.index, y=cut_price_mean.values)
plt.title("Средняя цена по типу огранки (cut)")
plt.xlabel("Огранка")
plt.ylabel("Средняя цена")
plt.show()
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image

Для решения проблем с просачиваниям, проведём корелляционый анализ между признаками и целевым признаком.

In [3]:
from sklearn.model_selection import train_test_split

# Преобразуем все категориальные данные в числовые
# Проверим, какие столбцы являются категориальными
categorical_columns = df.select_dtypes(include=['object']).columns

# Применяем one-hot encoding к категориальным столбцам
df_encoded = pd.get_dummies(df, columns=categorical_columns, drop_first=True)

# Вычисляем корреляцию для преобразованных данных
correlations = df_encoded.corr()['price'].sort_values(ascending=False)
print("Корреляция признаков с ценой (price):")
print(correlations)

# Визуализация распределения цены (price)
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.histplot(df['price'], bins=30, kde=True)
plt.title('Распределение цены (price)')
plt.xlabel('Цена')
plt.ylabel('Количество')
plt.show()

# Разделение данных на обучающую и тестовую выборки
X = df_encoded.drop('price', axis=1)
y = df_encoded['price']

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42, stratify=df['cut'])
Корреляция признаков с ценой (price):
price            1.000000
carat            0.921591
x                0.884433
y                0.865419
z                0.861249
clarity_SI2      0.128427
table            0.127118
color_I          0.097130
cut_Premium      0.095685
color_J          0.081714
color_H          0.059229
clarity_SI1      0.008940
color_G          0.008564
cut_Very Good    0.006589
cut_Good        -0.000307
clarity_VS2     -0.001066
clarity_VS1     -0.009879
depth           -0.010630
color_F         -0.024166
clarity_IF      -0.049593
clarity_VVS2    -0.052375
clarity_VVS1    -0.095261
cut_Ideal       -0.097160
color_E         -0.101101
Unnamed: 0      -0.306875
Name: price, dtype: float64
No description has been provided for this image
In [26]:
# Проверка на наличие дубликатов
duplicates = df.duplicated().sum()
print(f"Количество дубликатов: {duplicates}")


# Проверим, какие столбцы являются категориальными
categorical_columns = X.select_dtypes(include=['object']).columns

# Применяем one-hot encoding к категориальным столбцам
X_encoded = pd.get_dummies(X, columns=categorical_columns, drop_first=True)

# Разделение на обучающую и тестовую выборки
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_encoded, y, test_size=0.2, random_state=42, stratify=df['cut'])

# Визуализация распределений признаков
def visualize_distribution(X_train, X_test, feature):
    plt.figure(figsize=(12, 6))
    sns.histplot(X_train[feature], bins=30, color='blue', label='Train', kde=True)
    sns.histplot(X_test[feature], bins=30, color='red', label='Test', kde=True)
    plt.title(f'Распределение {feature} в обучающей и тестовой выборках')
    plt.xlabel(feature)
    plt.ylabel('Количество')
    plt.legend()
    plt.show()

# Распределение для каждого из признаков
for feature in X_encoded.columns:
    visualize_distribution(X_train, X_test, feature)

# Проверка корреляции
correlations = X_train.corr()
print("Корреляция признаков в обучающей выборке:")
print(correlations)


# Преобразование категориальных данных в числовые
df_encoded = pd.get_dummies(df, columns=['cut'], drop_first=True)

# Разделение данных на обучающую и тестовую выборки
X = df_encoded.drop('price', axis=1)
y = df_encoded['price']

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)
Количество дубликатов: 0
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
Корреляция признаков в обучающей выборке:
               Unnamed: 0     carat     depth     table         x         y  \
Unnamed: 0       1.000000 -0.397135 -0.038173 -0.109717 -0.406396 -0.404400   
carat           -0.397135  1.000000  0.012244  0.184243  0.951931  0.945835   
depth           -0.038173  0.012244  1.000000 -0.274986 -0.030762 -0.032418   
table           -0.109717  0.184243 -0.274986  1.000000  0.195246  0.188413   
x               -0.406396  0.951931 -0.030762  0.195246  1.000000  0.991915   
y               -0.404400  0.945835 -0.032418  0.188413  0.991915  1.000000   
z               -0.399257  0.928342  0.076986  0.152752  0.967789  0.962323   
cut_Good        -0.042108  0.034264  0.192864  0.163059  0.027477  0.030305   
cut_Ideal        0.114386 -0.163612 -0.020022 -0.560157 -0.162808 -0.155536   
cut_Premium     -0.052857  0.111731 -0.225003  0.373514  0.125573  0.107317   
cut_Very Good   -0.035069  0.017264  0.034832  0.137452  0.007004  0.019726   
color_E          0.052187 -0.132396 -0.023732  0.007044 -0.132446 -0.130469   
color_F          0.016246 -0.048969 -0.016200 -0.007303 -0.046116 -0.045376   
color_G          0.027986 -0.024513 -0.003837 -0.038404 -0.026801 -0.026822   
color_H         -0.062449  0.100708  0.022672  0.017285  0.095782  0.093429   
color_I         -0.045077  0.153477  0.021523  0.014445  0.149141  0.148534   
color_J         -0.050254  0.152898  0.021672  0.040373  0.162742  0.162404   
clarity_IF       0.077743 -0.119400 -0.033011 -0.078131 -0.130391 -0.127557   
clarity_SI1     -0.053072  0.073320  0.050914  0.055756  0.080001  0.078622   
clarity_SI2     -0.160840  0.255131  0.006453  0.097077  0.272073  0.267797   
clarity_VS1      0.025491 -0.056952 -0.022840 -0.030577 -0.058078 -0.055083   
clarity_VS2      0.032349 -0.033837 -0.006613 -0.010324 -0.036775 -0.037425   
clarity_VVS1     0.095239 -0.171270 -0.020592 -0.069129 -0.188238 -0.185525   
clarity_VVS2     0.091095 -0.131283 -0.017795 -0.062135 -0.143086 -0.140215   

                      z  cut_Good  cut_Ideal  cut_Premium  ...   color_H  \
Unnamed: 0    -0.399257 -0.042108   0.114386    -0.052857  ... -0.062449   
carat          0.928342  0.034264  -0.163612     0.111731  ...  0.100708   
depth          0.076986  0.192864  -0.020022    -0.225003  ...  0.022672   
table          0.152752  0.163059  -0.560157     0.373514  ...  0.017285   
x              0.967789  0.027477  -0.162808     0.125573  ...  0.095782   
y              0.962323  0.030305  -0.155536     0.107317  ...  0.093429   
z              1.000000  0.042419  -0.158216     0.087557  ...  0.094510   
cut_Good       0.042419  1.000000  -0.258011    -0.185394  ... -0.007642   
cut_Ideal     -0.158216 -0.258011   1.000000    -0.478081  ... -0.024151   
cut_Premium    0.087557 -0.185394  -0.478081     1.000000  ...  0.029929   
cut_Very Good  0.018725 -0.169940  -0.438229    -0.314889  ... -0.005621   
color_E       -0.129694  0.007180   0.001097    -0.017061  ... -0.201856   
color_F       -0.046366  0.005680   0.002736    -0.014361  ... -0.197792   
color_G       -0.026922 -0.024765   0.035195     0.002625  ... -0.220750   
color_H        0.094510 -0.007642  -0.024151     0.029929  ...  1.000000   
color_I        0.146920  0.006280  -0.011736     0.007090  ... -0.142441   
color_J        0.161595  0.016478  -0.039704     0.019348  ... -0.100320   
clarity_IF    -0.129263 -0.032327   0.104625    -0.053332  ...  0.008773   
clarity_SI1    0.081263  0.056069  -0.081767     0.023309  ...  0.034336   
clarity_SI2    0.263557  0.043577  -0.108704     0.065610  ...  0.024856   
clarity_VS1   -0.055805 -0.020710   0.034568    -0.013400  ... -0.015491   
clarity_VS2   -0.037401 -0.021250   0.014164     0.024069  ... -0.033375   
clarity_VVS1  -0.184765 -0.035799   0.088938    -0.052519  ...  0.001434   
clarity_VVS2  -0.140629 -0.037519   0.075342    -0.060646  ... -0.030919   

                color_I   color_J  clarity_IF  clarity_SI1  clarity_SI2  \
Unnamed: 0    -0.045077 -0.050254    0.077743    -0.053072    -0.160840   
carat          0.153477  0.152898   -0.119400     0.073320     0.255131   
depth          0.021523  0.021672   -0.033011     0.050914     0.006453   
table          0.014445  0.040373   -0.078131     0.055756     0.097077   
x              0.149141  0.162742   -0.130391     0.080001     0.272073   
y              0.148534  0.162404   -0.127557     0.078622     0.267797   
z              0.146920  0.161595   -0.129263     0.081263     0.263557   
cut_Good       0.006280  0.016478   -0.032327     0.056069     0.043577   
cut_Ideal     -0.011736 -0.039704    0.104625    -0.081767    -0.108704   
cut_Premium    0.007090  0.019348   -0.053332     0.023309     0.065610   
cut_Very Good  0.000094  0.008815   -0.033901     0.031762     0.005171   
color_E       -0.157077 -0.110628   -0.043930     0.000156     0.005365   
color_F       -0.153915 -0.108401    0.015369    -0.017832    -0.003781   
color_G       -0.171780 -0.120983    0.078387    -0.083663    -0.045632   
color_H       -0.142441 -0.100320    0.008773     0.034336     0.024856   
color_I        1.000000 -0.078066   -0.013824     0.019822    -0.001150   
color_J       -0.078066  1.000000   -0.018986     0.016113    -0.000187   
clarity_IF    -0.013824 -0.018986    1.000000    -0.105528    -0.084748   
clarity_SI1    0.019822  0.016113   -0.105528     1.000000    -0.256125   
clarity_SI2   -0.001150 -0.000187   -0.084748    -0.256125     1.000000   
clarity_VS1    0.019454  0.024517   -0.078583    -0.237493    -0.190726   
clarity_VS2   -0.007408  0.018553   -0.101376    -0.306378    -0.246046   
clarity_VVS1  -0.003091 -0.038902   -0.050966    -0.154031    -0.123699   
clarity_VVS2  -0.032959 -0.036901   -0.059965    -0.181225    -0.145538   

               clarity_VS1  clarity_VS2  clarity_VVS1  clarity_VVS2  
Unnamed: 0        0.025491     0.032349      0.095239      0.091095  
carat            -0.056952    -0.033837     -0.171270     -0.131283  
depth            -0.022840    -0.006613     -0.020592     -0.017795  
table            -0.030577    -0.010324     -0.069129     -0.062135  
x                -0.058078    -0.036775     -0.188238     -0.143086  
y                -0.055083    -0.037425     -0.185525     -0.140215  
z                -0.055805    -0.037401     -0.184765     -0.140629  
cut_Good         -0.020710    -0.021250     -0.035799     -0.037519  
cut_Ideal         0.034568     0.014164      0.088938      0.075342  
cut_Premium      -0.013400     0.024069     -0.052519     -0.060646  
cut_Very Good    -0.003510    -0.015913     -0.008381      0.014051  
color_E          -0.023478     0.031569     -0.004026      0.011237  
color_F          -0.012930     0.004648      0.018415      0.012658  
color_G           0.059925    -0.028513      0.046097      0.061750  
color_H          -0.015491    -0.033375      0.001434     -0.030919  
color_I           0.019454    -0.007408     -0.003091     -0.032959  
color_J           0.024517     0.018553     -0.038902     -0.036901  
clarity_IF       -0.078583    -0.101376     -0.050966     -0.059965  
clarity_SI1      -0.237493    -0.306378     -0.154031     -0.181225  
clarity_SI2      -0.190726    -0.246046     -0.123699     -0.145538  
clarity_VS1       1.000000    -0.228148     -0.114701     -0.134951  
clarity_VS2      -0.228148     1.000000     -0.147970     -0.174094  
clarity_VVS1     -0.114701    -0.147970      1.000000     -0.087525  
clarity_VVS2     -0.134951    -0.174094     -0.087525      1.000000  

[24 rows x 24 columns]

Оценка выборок и Аугментация данных

In [27]:
# Проверка сбалансированности целевой переменной в обучающей выборке
cut_counts_train = y_train.value_counts()
cut_counts_test = y_test.value_counts()

print("Сбалансированность в обучающей выборке:")
print(cut_counts_train)
print("\nСбалансированность в тестовой выборке:")
print(cut_counts_test)
Сбалансированность в обучающей выборке:
price
605      109
789      106
828      102
625      101
544       98
        ... 
8952       1
13769      1
10719      1
6064       1
3169       1
Name: count, Length: 10680, dtype: int64

Сбалансированность в тестовой выборке:
price
802     33
776     29
844     29
675     26
645     25
        ..
7976     1
7022     1
8969     1
5074     1
4968     1
Name: count, Length: 5338, dtype: int64

После того как мы оценили сбалансированность, можем решить, нужно ли использовать методы аугментации данных. Например, если одна из категорий в 'cut' значительно меньше других, это может потребовать применения oversampling или undersampling.

In [4]:
# Проверка на наличие дубликатов
duplicates = df.duplicated().sum()
print(f"Количество дубликатов: {duplicates}")

# Преобразуем все категориальные данные в числовые
categorical_columns = df.select_dtypes(include=['object']).columns
df_encoded = pd.get_dummies(df, columns=categorical_columns, drop_first=True)

# Разделение данных на обучающую и тестовую выборки
X = df_encoded.drop('price', axis=1)
y = df_encoded['price']

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42, stratify=df['cut'])

# Проверка сбалансированности целевой переменной
class_counts = y_train.value_counts()
print("Распределение классов в обучающей выборке:")
print(class_counts)

# Фильтрация классов с недостаточным количеством образцов
# Установим минимальное количество образцов, чтобы сохранить класс
min_samples = 2
classes_to_keep = class_counts[class_counts >= min_samples].index

X_train_filtered = X_train[y_train.isin(classes_to_keep)]
y_train_filtered = y_train[y_train.isin(classes_to_keep)]

# Применение SMOTE или RandomOverSampler
from imblearn.over_sampling import SMOTE, RandomOverSampler

# Используем SMOTE, если классов достаточно
if y_train_filtered.value_counts().min() > 1:
    smote = SMOTE(random_state=42, k_neighbors=1)
    X_resampled, y_resampled = smote.fit_resample(X_train_filtered, y_train_filtered)
else:
    # Или RandomOverSampler
    ros = RandomOverSampler(random_state=42)
    X_resampled, y_resampled = ros.fit_resample(X_train_filtered, y_train_filtered)

# Проверка сбалансированности после oversampling
resampled_counts = y_resampled.value_counts()
print("\nСбалансированность после oversampling:")
print(resampled_counts)
Количество дубликатов: 0
Распределение классов в обучающей выборке:
price
605      106
802      105
789      103
544       99
828       99
        ... 
12690      1
12304      1
8972       1
18018      1
5634       1
Name: count, Length: 10695, dtype: int64

Сбалансированность после oversampling:
price
12592    106
6750     106
3750     106
506      106
2583     106
        ... 
1189     106
1013     106
956      106
4637     106
3601     106
Name: count, Length: 6622, dtype: int64

Итог произвели балансировку данных. Использовались методы oversampling (увеличение данных недопредставленных категорий) и методы SMOTE. Произвелась аугментация данных (создавались дополительные данные из имеющихся). Использование методов, таких как SMOTE или RandomOverSampler, помогло увеличить количество экземпляров редких классов в обучающей выборке, что повысило шансы модели правильно классифицировать их.

2 Датасет: Цены на ноутбуки

Выгрузили второй датасет! (цены ноутбуки)

In [43]:
df = pd.read_csv(".//static//csv//laptop_prices.csv")
print(df.columns)

print()

df.info()
Index(['Company', 'Product', 'TypeName', 'Inches', 'Ram', 'OS', 'Weight',
       'Price_euros', 'Screen', 'ScreenW', 'ScreenH', 'Touchscreen',
       'IPSpanel', 'RetinaDisplay', 'CPU_company', 'CPU_freq', 'CPU_model',
       'PrimaryStorage', 'SecondaryStorage', 'PrimaryStorageType',
       'SecondaryStorageType', 'GPU_company', 'GPU_model'],
      dtype='object')

<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 1275 entries, 0 to 1274
Data columns (total 23 columns):
 #   Column                Non-Null Count  Dtype  
---  ------                --------------  -----  
 0   Company               1275 non-null   object 
 1   Product               1275 non-null   object 
 2   TypeName              1275 non-null   object 
 3   Inches                1275 non-null   float64
 4   Ram                   1275 non-null   int64  
 5   OS                    1275 non-null   object 
 6   Weight                1275 non-null   float64
 7   Price_euros           1275 non-null   float64
 8   Screen                1275 non-null   object 
 9   ScreenW               1275 non-null   int64  
 10  ScreenH               1275 non-null   int64  
 11  Touchscreen           1275 non-null   object 
 12  IPSpanel              1275 non-null   object 
 13  RetinaDisplay         1275 non-null   object 
 14  CPU_company           1275 non-null   object 
 15  CPU_freq              1275 non-null   float64
 16  CPU_model             1275 non-null   object 
 17  PrimaryStorage        1275 non-null   int64  
 18  SecondaryStorage      1275 non-null   int64  
 19  PrimaryStorageType    1275 non-null   object 
 20  SecondaryStorageType  1275 non-null   object 
 21  GPU_company           1275 non-null   object 
 22  GPU_model             1275 non-null   object 
dtypes: float64(4), int64(5), object(14)
memory usage: 229.2+ KB

Датасет: Цена ноутбука. Прайс-лист компании-производителя ноутбуков для регрессии

Kaggle предоставляет следующие данные о датасете: Компания — производитель ноутбуков, Продукт — бренд и модель, Название типа — тип (ноутбук,ультрабук, игровой и т. д.), Дюймы — размер экрана, Разрешение экрана — разрешение экрана, Процессор — центральный процессор (ЦП), Оперативная память — оперативная память ноутбука, Память — жёсткий диск / SSD-накопитель, GPU — графические процессоры (GPU), OpSys — операционная система, Вес — вес ноутбука, Цена_в_евро — цена (в евро)

Объекты наблюдения: Каждый объект наблюдения в наборе данных — это конкретная модель ноутбука, представленная в прайс-листе производителя. Атрибуты объектов: компания, продукт, тип, диагональ экрана ОЗУ (оперативная память), Операционная система, вес, цена, разрешение экрана, IPS-панель, модель GPU, модель процессора (CPU_model), частота процессора, производитель CPU.

Связи между объектами: Взаимосвязь между характеристиками ноутбуков и их ценой. Например, цена может зависеть от типа процессора, объема памяти, разрешения экрана, а также от производителя.

In [6]:
# Для наглядности
df.head()
Out[6]:
Company Product TypeName Inches Ram OS Weight Price_euros Screen ScreenW ... RetinaDisplay CPU_company CPU_freq CPU_model PrimaryStorage SecondaryStorage PrimaryStorageType SecondaryStorageType GPU_company GPU_model
0 Apple MacBook Pro Ultrabook 13.3 8 macOS 1.37 1339.69 Standard 2560 ... Yes Intel 2.3 Core i5 128 0 SSD No Intel Iris Plus Graphics 640
1 Apple Macbook Air Ultrabook 13.3 8 macOS 1.34 898.94 Standard 1440 ... No Intel 1.8 Core i5 128 0 Flash Storage No Intel HD Graphics 6000
2 HP 250 G6 Notebook 15.6 8 No OS 1.86 575.00 Full HD 1920 ... No Intel 2.5 Core i5 7200U 256 0 SSD No Intel HD Graphics 620
3 Apple MacBook Pro Ultrabook 15.4 16 macOS 1.83 2537.45 Standard 2880 ... Yes Intel 2.7 Core i7 512 0 SSD No AMD Radeon Pro 455
4 Apple MacBook Pro Ultrabook 13.3 8 macOS 1.37 1803.60 Standard 2560 ... Yes Intel 3.1 Core i5 256 0 SSD No Intel Iris Plus Graphics 650

5 rows × 23 columns

In [7]:
# Описание данных (основные статистические показатели)
df.describe()
Out[7]:
Inches Ram Weight Price_euros ScreenW ScreenH CPU_freq PrimaryStorage SecondaryStorage
count 1275.000000 1275.000000 1275.000000 1275.000000 1275.000000 1275.000000 1275.000000 1275.000000 1275.000000
mean 15.022902 8.440784 2.040525 1134.969059 1900.043922 1073.904314 2.302980 444.517647 176.069020
std 1.429470 5.097809 0.669196 700.752504 493.346186 283.883940 0.503846 365.537726 415.960655
min 10.100000 2.000000 0.690000 174.000000 1366.000000 768.000000 0.900000 8.000000 0.000000
25% 14.000000 4.000000 1.500000 609.000000 1920.000000 1080.000000 2.000000 256.000000 0.000000
50% 15.600000 8.000000 2.040000 989.000000 1920.000000 1080.000000 2.500000 256.000000 0.000000
75% 15.600000 8.000000 2.310000 1496.500000 1920.000000 1080.000000 2.700000 512.000000 0.000000
max 18.400000 64.000000 4.700000 6099.000000 3840.000000 2160.000000 3.600000 2048.000000 2048.000000
In [8]:
# Процент пропущенных значений признаков
for i in df.columns:
    null_rate = df[i].isnull().sum() / len(df) * 100
    if null_rate > 0:
        print(f'{i} Процент пустых значений: %{null_rate:.2f}')

# Проверка на пропущенные данные
df.isnull().sum()
Out[8]:
Company                 0
Product                 0
TypeName                0
Inches                  0
Ram                     0
OS                      0
Weight                  0
Price_euros             0
Screen                  0
ScreenW                 0
ScreenH                 0
Touchscreen             0
IPSpanel                0
RetinaDisplay           0
CPU_company             0
CPU_freq                0
CPU_model               0
PrimaryStorage          0
SecondaryStorage        0
PrimaryStorageType      0
SecondaryStorageType    0
GPU_company             0
GPU_model               0
dtype: int64
In [9]:
df.isnull().any()
Out[9]:
Company                 False
Product                 False
TypeName                False
Inches                  False
Ram                     False
OS                      False
Weight                  False
Price_euros             False
Screen                  False
ScreenW                 False
ScreenH                 False
Touchscreen             False
IPSpanel                False
RetinaDisplay           False
CPU_company             False
CPU_freq                False
CPU_model               False
PrimaryStorage          False
SecondaryStorage        False
PrimaryStorageType      False
SecondaryStorageType    False
GPU_company             False
GPU_model               False
dtype: bool

Пропущенных данных в колонках нет :)

Бизнес-цель

  1. Оптимизация ценообразования
    Использование данных для построения модели прогнозирования цены ноутбуков на основе характеристик. Эффект: Повышение продаж за счет правильного позиционирования товаров в разных ценовых сегментах.
  2. Анализ рынка и планирование производства Определение наиболее популярных и прибыльных конфигураций ноутбуков на основе данных о характеристиках и продажах. Эффект: Снижение издержек на производство непопулярных моделей и повышение прибыльности.

Техническая цель

  1. Прогнозирование цены ноутбуков
    Создать модель машинного обучения, которая на вход получает характеристики ноутбука (ОЗУ, CPU, объём памяти, экран и т.д.) и предсказывает его цену. На вход поступают характеристики, а целевой признак - цена ноутбука.
  2. Классификация сегмента ноутбука
    Создать модель для предсказания ценового сегмента в зависимости от их характеристик. На вход поступают характеристики ноутбука, а целевой признак - определение ценового сегмента (бюджетный, средний, премиум).
In [10]:
# Визуализация выбросов для столбца Price_euros
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.boxplot(x=df['Price_euros'])
plt.title('Boxplot для цены ноутбуков (Price_euros)')
plt.show()


# Визуализация распределения моделей процессоров
plt.figure(figsize=(10, 6))
df['CPU_model'].value_counts().plot(kind='bar')
plt.title('Распределение процессоров ноутбуков')
plt.xlabel('Модель процессора')
plt.ylabel('Количество')
plt.xticks(rotation=90)
plt.show()
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image

Проблема наборов

Зашумленность данных — это наличие ненужной информации, ошибок или неверных значений, которые могут исказить анализ. Например, в поле OS могут быть пробелы или некорректные названия операционных систем (например, "No OS", "Windows", "Windows 10").

Смещение данных может возникнуть, если данные отражают предпочтения определённого производителя или сегмента. Если в данных преобладает один бренд (например, Apple), это может сместить модель в сторону этого производителя.

Актуальность данных - неактуальные данные могут влиять на точность прогнозирования. Ноутбуки устаревают быстро, поэтому информация о старых моделях может быть неактуальной для анализа современных трендов.

Выбросы — это значения, которые значительно отличаются от большинства данных. Поле Price_euros может содержать аномально высокие или низкие цены, которые не соответствуют реальности.

Просачивание данных - это когда информация из тестовой выборки "просачивается" в обучение, что даёт модели несправедливое преимущество.

Решение: Очистить данные, убрать пробелы, проверить на корректность. Чётко разделить данные для обучения и тестирования, исключить целевые признаки из обучения. Уравнять количество данных для разных производителей или использовать методы балансировки.

Для устранения смещения применим рэсемплинг данных, либо же балансировку.

In [12]:
# Балансировка данных. Визуализация до ресэмплинга
plt.figure(figsize=(10, 6))
df['Company'].value_counts().plot(kind='bar', color='blue')
plt.title('Распределение компаний до ресэмплинга')
plt.xlabel('Компания')
plt.ylabel('Количество')
plt.xticks(rotation=45)
plt.show()

# Пример ресэмплинга
brand_counts = df['Company'].value_counts()
min_count = brand_counts.min()
balanced_data = pd.concat([df[df['Company'] == brand].sample(min_count) for brand in brand_counts.index])

# Визуализация после ресэмплинга
plt.figure(figsize=(10, 6))
balanced_data['Company'].value_counts().plot(kind='bar', color='green')
plt.title('Распределение компаний после ресэмплинга')
plt.xlabel('Компания')
plt.ylabel('Количество')
plt.xticks(rotation=45)
plt.show()
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image

Рэсемплинг данных позволил нам изменить размер выборки, чтобы достичь более сбалансированного распределения классов, чтобы повысить общую эффективность анализа данных. Устанили перекос (дисбаланс) данных и добились более равномерное распределение компаний (брендов) ноутбуков.

In [35]:
import numpy as np

# Вычисление медианы для 'Price_euros'
median_price = df['Price_euros'].median()

# Вычисление абсолютных отклонений от медианы
df['absolute_deviation'] = np.abs(df['Price_euros'] - median_price)

# Вычисление медианного абсолютного отклонения (MAD)
mad = df['absolute_deviation'].median()

# Определение порога для выбросов. Вы можете настроить множитель в зависимости от ваших предпочтений
threshold = 3 * mad

# Выявление выбросов
outliers = df[df['absolute_deviation'] > threshold]

# Удаление выбросов из набора данных
datalaptop_cleaned = df[df['absolute_deviation'] <= threshold].drop(columns=['absolute_deviation'])

# Вывод количества найденных выбросов и оставшихся записей
print(f"Количество выявленных выбросов: {len(outliers)}")
print(f"Количество записей после удаления выбросов: {len(datalaptop_cleaned)}")

# Визуализация результатов
plt.figure(figsize=(12, 6))
sns.boxplot(x=df['Price_euros'])
plt.title('Распределение Price_euros с выбросами')
plt.show()

plt.figure(figsize=(12, 6))
sns.boxplot(x=datalaptop_cleaned['Price_euros'])
plt.title('Распределение Price_euros после удаления выбросов')
plt.show()
Количество выявленных выбросов: 101
Количество записей после удаления выбросов: 1174
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image

Медиальный способ борьбы с выбросами позволяет сохранить структуру даныых, создать устойчивость к этим выбросать, чтобы избежать смещения данных, если использовали бы среднее. Если имеются товары с высоко аномальной ценой, то замена на медиану позволит сократить влияние на данные. Удаление выбросов вдобавок и решает проблему зашумлённости данных. Выбросы - это одна из форм шума и удаление их позволяеи сделать данные чище и менее зашумлённые.

In [47]:
from imblearn.over_sampling import RandomOverSampler
from imblearn.under_sampling import RandomUnderSampler

# Разделение признаков и целевой переменной
X = df.drop(columns=['Price_euros'])  # Признаки
y = df['Price_euros']  # Целевая переменная (для регрессии)

# Разбиение данных на обучающую, контрольную и тестовую выборки
X_train, X_temp, y_train, y_temp = train_test_split(X, y, test_size=0.4, random_state=42)
X_val, X_test, y_val, y_test = train_test_split(X_temp, y_temp, test_size=0.5, random_state=42)

print(f"Размер обучающей выборки: {len(X_train)}")
print(f"Размер валидационной выборки: {len(X_val)}")
print(f"Размер тестовой выборки: {len(X_test)}")

# Все типы к числовым приводим
X_train = X_train.apply(pd.to_numeric, errors='coerce')
print(X_train.dtypes)

# Квантилизация целевой переменной для создания категорий
y_train_cat = pd.qcut(y_train, q=4, labels=False)

# Объединяем исходные данные и "шумные" данные для увеличения обучающей выборки
X_train_combined = np.vstack([X_train, X_train])
y_train_combined = np.hstack([y_train, y_train])  # Убедитесь, что y_train повторяется для новых данных

# Применение oversampling и undersampling
ros = RandomOverSampler(random_state=42)
X_train_ros, y_train_ros = ros.fit_resample(X_train, y_train_cat)

# Проверка распределения после oversampling
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.histplot(y_train_ros, bins=30, kde=True, color='green')
plt.title('Распределение целевого признака после oversampling')
plt.xlabel('Price_euros')
plt.ylabel('Частота')
plt.show()

# Применение RandomUnderSampler
rus = RandomUnderSampler(random_state=42)
X_train_rus, y_train_rus = rus.fit_resample(X_train, y_train_cat)

# Проверка распределения после undersampling
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.histplot(y_train_rus, bins=30, kde=True, color='red')
plt.title('Распределение целевого признака после undersampling')
plt.xlabel('Price_euros')
plt.ylabel('Частота')
plt.show()

# Вывод количества данных до и после аугментации
print(f"Количество записей в обучающей выборке до аугментации: {len(y_train)}")
print(f"Количество записей в обучающей выборке после oversampling: {len(y_train_ros)}")
print(f"Количество записей в обучающей выборке после undersampling: {len(y_train_rus)}")
Размер обучающей выборки: 765
Размер валидационной выборки: 255
Размер тестовой выборки: 255
Company                 float64
Product                 float64
TypeName                float64
Inches                  float64
Ram                       int64
OS                      float64
Weight                  float64
Screen                  float64
ScreenW                   int64
ScreenH                   int64
Touchscreen             float64
IPSpanel                float64
RetinaDisplay           float64
CPU_company             float64
CPU_freq                float64
CPU_model               float64
PrimaryStorage            int64
SecondaryStorage          int64
PrimaryStorageType      float64
SecondaryStorageType    float64
GPU_company             float64
GPU_model               float64
dtype: object
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
Количество записей в обучающей выборке до аугментации: 765
Количество записей в обучающей выборке после oversampling: 772
Количество записей в обучающей выборке после undersampling: 760

Набор данных, судя по числам, был относительно сбалансирован, и применение oversampling/undersampling не сильно изменил размер выборок. Использование RandomOverSampler и RandomUnderSampler для регрессионных задач не является оптимальным решением, поскольку эти методы предназначены для классификации.

Третий датафрейм: Зарплата сотрудников по обработке данных (DataScience)

Выгрузили третий датасет!!! :)

In [48]:
# Выгружаем третий датафрейм
df = pd.read_csv(".\\static\\csv\\ds_salaries.csv")

print(df.columns)

print()

df.info()
Index(['work_year', 'experience_level', 'employment_type', 'job_title',
       'salary', 'salary_currency', 'salary_in_usd', 'employee_residence',
       'remote_ratio', 'company_location', 'company_size'],
      dtype='object')

<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 3755 entries, 0 to 3754
Data columns (total 11 columns):
 #   Column              Non-Null Count  Dtype 
---  ------              --------------  ----- 
 0   work_year           3755 non-null   int64 
 1   experience_level    3755 non-null   object
 2   employment_type     3755 non-null   object
 3   job_title           3755 non-null   object
 4   salary              3755 non-null   int64 
 5   salary_currency     3755 non-null   object
 6   salary_in_usd       3755 non-null   int64 
 7   employee_residence  3755 non-null   object
 8   remote_ratio        3755 non-null   int64 
 9   company_location    3755 non-null   object
 10  company_size        3755 non-null   object
dtypes: int64(4), object(7)
memory usage: 322.8+ KB

Описание набора

Kaggle даёт следующие пояснения о датасете:
Целью данного исследования является изучение факторов, влияющих на заработную плату специалистов по обработке данных. Для этого был использован набор данных, содержащий различные релевантные переменные. В этом отчёте описывается исследовательский анализ, проведённый для понимания взаимосвязи между этими факторами и заработной платой специалистов по обработке данных. Наука о данных — быстро развивающаяся область, и специалисты по обработке данных играют важнейшую роль в анализе и интерпретации больших объёмов данных. Поскольку эта профессия становится всё более востребованной, важно понимать факторы, которые могут влиять на зарплату специалистов по обработке данных. Этот анализ посвящён изучению этих факторов и их влиянию на зарплату.

In [49]:
# Для наглядности
df.head()
Out[49]:
work_year experience_level employment_type job_title salary salary_currency salary_in_usd employee_residence remote_ratio company_location company_size
0 2023 SE FT Principal Data Scientist 80000 EUR 85847 ES 100 ES L
1 2023 MI CT ML Engineer 30000 USD 30000 US 100 US S
2 2023 MI CT ML Engineer 25500 USD 25500 US 100 US S
3 2023 SE FT Data Scientist 175000 USD 175000 CA 100 CA M
4 2023 SE FT Data Scientist 120000 USD 120000 CA 100 CA M
In [50]:
# Описание представленного датафрейма
df.describe()
Out[50]:
work_year salary salary_in_usd remote_ratio
count 3755.000000 3.755000e+03 3755.000000 3755.000000
mean 2022.373635 1.906956e+05 137570.389880 46.271638
std 0.691448 6.716765e+05 63055.625278 48.589050
min 2020.000000 6.000000e+03 5132.000000 0.000000
25% 2022.000000 1.000000e+05 95000.000000 0.000000
50% 2022.000000 1.380000e+05 135000.000000 0.000000
75% 2023.000000 1.800000e+05 175000.000000 100.000000
max 2023.000000 3.040000e+07 450000.000000 100.000000
In [51]:
# Процент пропущенных значений признаков
for i in df.columns:
    null_rate = df[i].isnull().sum() / len(df) * 100
    if null_rate > 0:
        print(f'{i} Процент пустых значений: %{null_rate:.2f}')

# Проверка на пропущенные данные
df.isnull().sum()
Out[51]:
work_year             0
experience_level      0
employment_type       0
job_title             0
salary                0
salary_currency       0
salary_in_usd         0
employee_residence    0
remote_ratio          0
company_location      0
company_size          0
dtype: int64
In [52]:
df.isnull().any()
Out[52]:
work_year             False
experience_level      False
employment_type       False
job_title             False
salary                False
salary_currency       False
salary_in_usd         False
employee_residence    False
remote_ratio          False
company_location      False
company_size          False
dtype: bool

Хе-хе, какие весёлые датасеты :) Ни где данных пропущенных не нашлось, хе-хе))

Анализ сведений о наборе данных

Набор данных: Набор данных представляет собой информацию о сотрудниках DataScientist. Их зарплатах, занятости, стаже и по этим данным будет проводиться анализ.

Проблемная область: Проблемной областью может являться анализ и управление заработной платой сотрудников с учётом различных факторов, которые позволяют компаниям улучшать свои кадровые стратегии и конкурировать на рынке труда.

Проанализируем содержимое...

Объекты наблюдения: Каждый сотрдник в области оьработки данных является объектом наблюдения.

Атрибуты объектов: Основные атрибуты представляют собой зарплату работников, тип занятости, уровень опыта разработчика, год получения опыта работника, валюта (выплачиваемой зарплаты), местоположение сотрудника, мостоположение компании, размер компании, доля удалённой работы.

Связи между объектами: Стаж сотрудника может быть использован в зарплатах и трудоустройстве по годам. Более высокий опыт и определённые должности коррелируют с большими зарплатами. Регионы и страы могут показать разницу в зарплатах.

Бизнес-цель

  1. Определение конкурентоспособности зарплат
    Цель: Сравнить зарплаты сотрудников по странам и должностям.
    Эффект же будет заключаться в том, что компании могут использовать эту информацию для привлечения и удержания талантов, предлагая конкрурентные зарплаты.
  2. Оценка зависимости между опытом и зарплатой
    Цель: Определить, как профессиональный опыт влияет на зарплаты в различных секторах.
    Эффект заключается в том, что компании могут лучше планировать бюджеты на повышение зарплат в зависимости от опыта сотрудников.

Техническая цель

  1. Конкурентоспособность зарплат
    Построить модель, которая будет предсказывать зарплаты сотрудников на основе атрибутов. На вход должны следовать такие признаки, как должность, опыт, страна компании. Целевой признак: зарплата.
  2. Оценка зависимости между опытом и зарплатой Создать модель и визуализировать влияние опыта на зарплату. На вход должны идти уровень опыта, должность, местоположение компании. Целевой признак: Зарплата
In [53]:
# Визуализация данных - ящик с усами. Выборка относительно сбалансирована, есть среднее смещение в среднюю сторону, медиана уравновешена
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.boxplot(x=df["salary_in_usd"])
plt.title("Box Plot для salary_in_usd")
plt.xlabel("salary_in_usd")
plt.show()

# Визуализируем отношение размера компании и зарплаты
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.scatter(df["salary_in_usd"], df["experience_level"])
plt.xlabel("salary_in_usd")
plt.ylabel("experience_level")
plt.title("salary in usd vs experience_level")
plt.show()
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image

Проблемы выбранный наборов данных

Зашумленность:
Возможное присутствие некорректных или неполных данных, например, ошибки в заполнении зарплат или местоположений. Необходима очистка данных от выбросов и ошибок.

Смещение:
Могут быть смещения в данных по странам или компаниям, например, если большая часть выборки состоит из сотрудников одной страны или отрасли.

Актуальность:
Если данные собраны за несколько лет, некоторые зарплаты могут быть неактуальны для текущего рынка, что требует дополнительной актуализации.

Выбросы:
Возможны экстремальные значения в зарплатах, которые необходимо либо исключить, либо обработать, чтобы не искажать модели.

Просачивание данных:
Если в данных есть признаки, которые могут напрямую предсказывать зарплату (например, если salary_currency или company_size напрямую коррелируют с зарплатой), это может привести к ошибкам в моделях.

Борьба с выбросами

In [55]:
# Статистический анализ для определения выбросов
Q1 = df["salary_in_usd"].quantile(0.25)
Q3 = df["salary_in_usd"].quantile(0.75)
IQR = Q3 - Q1

# Определение порога для выбросов
threshold = 1.5 * IQR
outliers = (df["salary_in_usd"] < (Q1 - threshold)) | (
    df["salary_in_usd"] > (Q3 + threshold)
)

# Обработка выбросов
# В данном случае мы уберем выбросы
median_salary = df["salary_in_usd"].median()
df.loc[outliers, "salary_in_usd"] = 0
df1 = df[df.salary_in_usd != 0]

# Визуализация данных после обработки
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.scatter(df1["salary_in_usd"], df1["experience_level"])
plt.xlabel("salary_in_usd")
plt.ylabel("experience_level")
plt.title("salary in usd vs experience_level")
plt.show()

# Визуализация данных после обработки
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.boxplot(df1["salary_in_usd"])
plt.xlabel("salary_in_usd")
plt.ylabel("experience_level")
plt.title("salary in usd vs experience_level")
plt.show()
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
In [57]:
from sklearn.model_selection import train_test_split

# Пример датасета с данными (X — признаки, y — целевой признак)
X = df.drop(columns=["salary_in_usd"])  # Признаки (все столбцы, кроме целевого признака 'salary')
y = df["salary_in_usd"]  # Целевая переменная

# Разделяем данные на обучающую (60%), временную (40%) выборки
X_train, X_temp, y_train, y_temp = train_test_split(X, y, test_size=0.4, random_state=42)

# Временную выборку делим пополам на контрольную (20%) и тестовую (20%) выборки
X_val, X_test, y_val, y_test = train_test_split(X_temp, y_temp, test_size=0.5, random_state=42)

# Проверяем размер выборок
print(f"Размер обучающей выборки: {len(X_train)}")
print(f"Размер контрольной выборки: {len(X_val)}")
print(f"Размер тестовой выборки: {len(X_test)}")
Размер обучающей выборки: 2253
Размер контрольной выборки: 751
Размер тестовой выборки: 751

Теперь оценим сбалансированность, если нужно использовать методы аугментации данных, то применим. Анаализ проведём в категории 'salary_in_usd', в которой может потребоваться применение oversampling или undersampling.

In [58]:
from imblearn.over_sampling import RandomOverSampler

# Визуализация распределения зарплат в обучающей выборке
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.histplot(y_train, bins=30, kde=True, color='blue')
plt.title('Распределение зарплат в обучающей выборке')
plt.xlabel('Зарплата в USD')
plt.ylabel('Частота')
plt.show()

ros = RandomOverSampler(random_state=42)
X_train_ros, y_train_ros = ros.fit_resample(X_train, y_train)

# Визуализация распределения после oversampling
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.histplot(y_train_ros, bins=30, kde=True, color='green')
plt.title('Распределение зарплат после oversampling')
plt.xlabel('Зарплата в USD')
plt.ylabel('Частота')
plt.show()

from imblearn.under_sampling import RandomUnderSampler

rus = RandomUnderSampler(random_state=42)
X_train_rus, y_train_rus = rus.fit_resample(X_train, y_train)

# Визуализация распределения после oversampling
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.histplot(y_train_ros, bins=30, kde=True, color='green')
plt.title('Распределение зарплат после oversampling')
plt.xlabel('Зарплата в USD')
plt.ylabel('Частота')
plt.show()

print(f"Количество записей в обучающей выборке до аугментации: {len(y_train)}")
print(f"Количество записей в обучающей выборке после oversampling: {len(y_train_ros)}")
print(f"Количество записей в обучающей выборке после undersampling: {len(y_train_rus)}")
print()

train_df, val_df = train_test_split(df, test_size=0.4, random_state=42)
val_df, test_df = train_test_split(val_df, test_size=0.5, random_state=42)

# Функция для проверки распределения
def check_balance(df, name):
    counts = df['salary_in_usd'].value_counts()  # Обращение к столбцу 'salary_in_usd'
    print(f"Распределение salary_in_usd в {name}:")
    print(counts)
    print()

check_balance(train_df, "обучающей выборке")
check_balance(val_df, "контрольной выборке")
check_balance(test_df, "тестовой выборке")
print()

# Корреляция
# Сначала отбираем только числовые столбцы
numeric_df = df.select_dtypes(include='number')
correlation_matrix = numeric_df.corr()

# Визуализация корреляционной матрицы
plt.figure(figsize=(10, 8))
sns.heatmap(correlation_matrix, annot=True, fmt=".2f", cmap='coolwarm', square=True)
plt.title("Корреляция между переменными")
plt.show()
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
No description has been provided for this image
Количество записей в обучающей выборке до аугментации: 2253
Количество записей в обучающей выборке после oversampling: 42746
Количество записей в обучающей выборке после undersampling: 737

Распределение salary_in_usd в обучающей выборке:
salary_in_usd
150000    58
100000    58
120000    53
160000    52
130000    48
          ..
18000      1
72212      1
236600     1
66192      1
167580     1
Name: count, Length: 737, dtype: int64

Распределение salary_in_usd в контрольной выборке:
salary_in_usd
100000    24
150000    21
130000    16
160000    15
135000    15
          ..
122000     1
20000      1
63040      1
68318      1
125976     1
Name: count, Length: 365, dtype: int64

Распределение salary_in_usd в тестовой выборке:
salary_in_usd
120000    24
150000    19
130000    18
200000    17
100000    17
          ..
158677     1
139500     1
21669      1
168400     1
187000     1
Name: count, Length: 361, dtype: int64


No description has been provided for this image

Таким образом, мы проанализировали 3 датасета. Посмотрели какие проблемы с ними могут быть связаны, возможные пути их решения. Разбили выборки, далее их сбалансировали, с помощью методов OverSampling и UnderSampling. Методы oversampling и undersampling лучше использовать для задач классификации, где целевая переменная — дискретные классы. Для регрессионных задач эти методы напрямую не применимы. Методы аугментации данных для регрессии, такие как SMOTE для регрессии, могут также помочь в увеличении количества обучающих данных и улучшении качества модели.

Вроде бы всё... Вроде бы получилось :)