24 自动机器学习（AutoML）中的真实数据集应用示例
在之前的讨论中，我们探讨了“模型集成与自动化之效率与效果的平衡”，认识到在现今的数据科学中，如何优化模型性能和效率是一个令人关注的话题。本文将通过实际案例分析，深入探讨如何实现自动机器学习（AutoML）在真实数据集中的应用，以便洞察其潜在的优势和最佳实践。
1. 真实数据集背景介绍
在本节中，我们将以一个公开的医疗数据集为例，来展示如何运用AutoML工具进行时间敏感的预测任务。数据集源自Kaggle上的“Heart Disease UCI”数据集，目标是预测病人是否患有心脏病。
数据集情况
- 数据集大小: 303行，14列
- 特征: 包含年龄、性别、胸痛类型、静息血压、血糖水平等
- 目标:
target列，值为0或1，分别表示没有心脏病和有心脏病
2. AutoML工具选择
在众多的AutoML工具中，TPOT 和 H2O.ai 是两个非常优秀的选择。我们将使用 TPOT 来实现我们的案例，因为其以遗传编程为基础，能自动搜索最佳模型和超参数。
安装TPOT
首先，我们需要安装TPOT库。如果你还没有安装，可以通过以下命令快速实现：
pip install tpot
3. 数据预处理
在开始建模之前，我们需要对数据进行清洗和预处理。
数据加载
import pandas as pd
# 加载数据集
data = pd.read_csv('heart.csv')
数据清洗
在加载数据后，我们可以检查缺失和异常值：
# 检查缺失值
print(data.isnull().sum())
假设数据没有缺失值，我们可以继续进行特征选择和标准化。
特征选择和标准化
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
# 特征和标签分离
X = data.drop('target', axis=1)
y = data['target']
# 划分训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)
# 标准化特征
scaler = StandardScaler()
X_train = scaler.fit_transform(X_train)
X_test = scaler.transform(X_test)
4. 使用TPOT进行自动模型选择
接下来，我们可以使用TPOT来寻找最佳模型。
from tpot import TPOTClassifier
# 初始化TPOT
tpot = TPOTClassifier(verbosity=2, generations=5, population_size=20)
tpot.fit(X_train, y_train)
TPOT会运行一定数量的代（generations）和种群大小（population_size），在此基础上自动优化模型。
5. 模型评估
完成模型训练后，我们需要评估其效果。我们可以使用准确率，混淆矩阵和ROC曲线等多种方法来进行评估。
打印最佳模型
print(tpot.fitted_pipeline_)
评估准确率
from sklearn.metrics import accuracy_score
# 预测
y_pred = tpot.predict(X_test)
# 计算准确率
accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred)
print("准确率:", accuracy)
6. 结论与启示
在这个案例中，我们使用TPOT在心脏病预测数据集上进行AutoML实验，得到了自动搜索的最佳模型。通过本案例，我们可以得出以下启示：
- 数据预处理是成功的关键：无论如何，清洗和标准化数据总是确保模型表现的重要步骤。
- 自动化是提高效率的有效方法：借助AutoML工具，数据科学家可以更快地探索模型，而将更多的精力投放在业务理解与数据特征构建中。
- 理解模型是必要的：尽管AutoML能够帮助我们找到模型，但我们仍然需要消化模型的背后逻辑，以便在未来的工作中作出明智的决策。
在接下来的章节中，我们将进一步探讨“实际案例分析之项目实例与启示”，再次欢迎大家关注。
通过将AutoML应用到真实世界的数据集中，我们不仅提升了模型的性能，同时也增强了对数据和模型的理解，为未来的项目打下了坚实的基础。
