簡單隨機(jī)抽樣

　　假設(shè)您要選擇一個群體的子集，其中該子集的每個成員被選擇的概率都相等。

　　下面我們從一個數(shù)據(jù)集中選擇 100 個采樣點(diǎn)。

　　sample_df = df.sample（100）

　　分層采樣

　　假設(shè)我們需要估計(jì)選舉中每個候選人的平均票數(shù)?，F(xiàn)假設(shè)該國有 3 個城鎮(zhèn)：

　　A 鎮(zhèn)有 100 萬工人，

　　B 鎮(zhèn)有 200 萬工人，以及

　　C 鎮(zhèn)有 300 萬退休人員。

　　我們可以選擇在整個人口中隨機(jī)抽取一個 60 大小的樣本，但在這些城鎮(zhèn)中，隨機(jī)樣本可能不太平衡，因此會產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致估計(jì)誤差很大。

　　相反，如果我們選擇從 A、B 和 C 鎮(zhèn)分別抽取 10、20 和 30 個隨機(jī)樣本，那么我們可以在總樣本大小相同的情況下，產(chǎn)生較小的估計(jì)誤差。

　　使用 python 可以很容易地做到這一點(diǎn)：

　　from sklearn.model_selection import train_test_splitX_train， X_test， y_train， y_test = train_test_split（X， y， stratify=y， test_size=0.25）

　　水塘采樣

　　我喜歡這個問題陳述：

　　假設(shè)您有一個項(xiàng)目流，它長度較大且未知以至于我們只能迭代一次。

　　創(chuàng)建一個算法，從這個流中隨機(jī)選擇一個項(xiàng)目，這樣每個項(xiàng)目都有相同的可能被選中。

　　我們怎么能做到這一點(diǎn)？

　　假設(shè)我們必須從無限大的流中抽取 5 個對象，且每個元素被選中的概率都相等。

　　import randomdef generator（max）：

　　number = 1

　　while number 《 max：

　　number += 1

　　yield number# Create as stream generator

　　stream = generator（10000）# Doing Reservoir Sampling from the stream

　　k=5

　　reservoir = ［］

　　for i， element in enumerate（stream）：

　　if i+1《= k：

　　reservoir.append（element）

　　else：

　　probability = k/（i+1）

　　if random.random（） 《 probability：

　　# Select item in stream and remove one of the k items already selected

　　reservoir［random.choice（range（0，k））］ = elementprint（reservoir）

　　------------------------------------

　?。?369， 4108， 9986， 828， 5589］

　　從數(shù)學(xué)上可以證明，在樣本中，流中每個元素被選中的概率相同。這是為什么呢？

　　當(dāng)涉及到數(shù)學(xué)問題時，從一個小問題開始思考總是有幫助的。

　　所以，讓我們考慮一個只有 3 個項(xiàng)目的流，我們必須保留其中 2 個。

　　當(dāng)我們看到第一個項(xiàng)目，我們把它放在清單上，因?yàn)槲覀兊乃劣锌臻g。在我們看到第二個項(xiàng)目時，我們把它放在列表中，因?yàn)槲覀兊乃吝€是有空間。

　　現(xiàn)在我們看到第三個項(xiàng)目。這里是事情開始變得有趣的地方。我們有 2/3 的概率將第三個項(xiàng)目放在清單中。

　　現(xiàn)在讓我們看看第一個項(xiàng)目被選中的概率：

　　移除第一個項(xiàng)目的概率是項(xiàng)目 3 被選中的概率乘以項(xiàng)目 1 被隨機(jī)選為水塘中 2 個要素的替代候選的概率。這個概率是：

　　2/3*1/2 = 1/3 因此，選擇項(xiàng)目 1 的概率為：

　　1–1/3=2/3

　　我們可以對第二個項(xiàng)目使用完全相同的參數(shù)，并且可以將其擴(kuò)展到多個項(xiàng)目。

　　因此，每個項(xiàng)目被選中的概率相同：2/3 或者用一般的公式表示為 K/N

　　隨機(jī)欠采樣和過采樣

　　 我們經(jīng)常會遇到不平衡的數(shù)據(jù)集。

　　一種廣泛采用的處理高度不平衡數(shù)據(jù)集的技術(shù)稱為重采樣。它包括從多數(shù)類（欠采樣）中刪除樣本或向少數(shù)類（過采樣）中添加更多示例。

　　讓我們先創(chuàng)建一些不平衡數(shù)據(jù)示例。

　　from sklearn.datasets import make_classificationX， y = make_classification（ n_classes=2， class_sep=1.5， weights=［0.9， 0.1］， n_informative=3， n_redundant=1， flip_y=0， n_features=20， n_clusters_per_class=1， n_samples=100， random_state=10）X = pd.DataFrame（X）X［ target ］ = y

　　我們現(xiàn)在可以使用以下方法進(jìn)行隨機(jī)過采樣和欠采樣：

　　num_0 = len（X［X［ target ］==0］）num_1 = len（X［X［ target ］==1］）print（num_0，num_1）# random undersampleundersampled_data = pd.concat（［ X［X［ target

　　］==0］.sample（num_1） ， X［X［ target ］==1］ ］）print（len（undersampled_data））# random oversampleoversampled_data = pd.concat（［ X［X［ target ］==0］ ， X［X［

　　target ］==1］.sample（num_0， replace=True） ］）print（len（oversampled_data））------------------------------------------------------------OUTPUT:90 1020180

　　使用 imbalanced-learn 進(jìn)行欠采樣和過采樣

　　imbalanced-learn（imblearn）是一個用于解決不平衡數(shù)據(jù)集問題的 python 包，它提供了多種方法來進(jìn)行欠采樣和過采樣。

　　a. 使用 Tomek Links 進(jìn)行欠采樣：

　　imbalanced-learn 提供的一種方法叫做 Tomek Links。Tomek Links 是鄰近的兩個相反類的例子。

　　在這個算法中，我們最終從 Tomek Links 中刪除了大多數(shù)元素，這為分類器提供了一個更好的決策邊界。

　　 from imblearn.under_sampling import TomekLinks

　　tl = TomekLinks（return_indices=True， ratio= majority ）

　　X_tl， y_tl， id_tl = tl.fit_sample（X， y）

　　b. 使用 SMOTE 進(jìn)行過采樣：

　　在 SMOE（Synthetic Minority Oversampling Technique）中，我們在現(xiàn)有元素附近合并少數(shù)類的元素。

　　 from imblearn.over_sampling import SMOTE

　　smote = SMOTE（ratio= minority ）

　　X_sm， y_sm = smote.fit_sample（X， y）

　　imbLearn 包中還有許多其他方法，可以用于欠采樣（Cluster Centroids， NearMiss 等）和過采樣（ADASYN 和 bSMOTE）。

　　結(jié)論

　　算法是數(shù)據(jù)科學(xué)的生命線。

　　抽樣是數(shù)據(jù)科學(xué)中的一個重要課題，但我們實(shí)際上并沒有討論得足夠多。

　　有時，一個好的抽樣策略會大大推進(jìn)項(xiàng)目的進(jìn)展。錯誤的抽樣策略可能會給我們帶來錯誤的結(jié)果。因此，在選擇抽樣策略時應(yīng)該小心。

　　編輯：黃飛