[Hulu百面机器学习]python实战系列(1.1)——特征归一化

一、[Hulu百面机器学习]python实战系列(1.1)——特征归一化

对数值型特征进行归一化是必要的,原因主要有以下几点:

确保模型公平处理数据:

归一化有助于模型在处理不同尺度的数据时更为公平,避免某些数值范围较大的特征在模型训练过程中占据主导地位。

提高模型收敛速度:

归一化后的数据具有统一的尺度,这有助于梯度下降等优化算法更快地收敛到最优解。

提升模型性能:

通过归一化,可以减少特征之间的权重差异,使得模型在训练过程中更加稳定,从而提升模型的最终性能。

常见的数值型特征归一化方法包括:

线性函数归一化:

将原始数据映射到[0, 1]区间,通过公式X' = ) / min)实现数据的等比缩放。

零均值归一化:

通过移除平均值并除以标准差,公式为Z = ) / std,使得数据的均值为0,方差为1。这种方法对于数据的分布没有特定的假设,因此适用于大多数情况。

二、归一化(MinMax)和标准化(Standard)的区别

探索归一化与标准化:机器学习中的关键步骤

在数据预处理的广阔领域中,归一化(MinMax)和标准化(Standardization)是两种常见的数据规范化方法。它们在本质上都是为了提升算法性能和模型的稳定性,但各有侧重。

归一化:数据的边界压缩

归一化,通过将数据值缩放到0到1的范围内,公式为 min(x) / (max(x) - min(x))。这种方法旨在消除特征间量级差异,确保所有特征在学习过程中具有同等影响力。例如,在KNN分类中,如果特征值存在显著差距,归一化可以均衡距离计算,避免某些特征主导决策。

标准化:零均值和单位方差的追求

相比之下,标准化更进一步,它将数据调整至均值为0,方差为1的理想状态。这符合许多机器学习算法的内在假设,如正态分布,公式为 (x - mean) / standard_deviation。标准化避免了异常值对样本间距的影响,保持了样本间的相对距离,有利于模型更快地收敛和学习。

应用场景的差异

尽管归一化在某些特定场景下仍具价值,但标准化在机器学习中的应用更为广泛。其优势在于处理异常值和保持数据分布的稳定性。当数据存在显著偏态时,归一化可能导致正常数据被挤压,而标准化则能更好地保持样本间的区分度。

直观对比实验

为了更直观地感受两者差异,我们通过代码实例进行分析。首先,绘制标准正态分布的处理前后对比,标准化保持了原始分布,而归一化则将其压缩到0-1区间。当数据偏态时,可以看到标准化依然保留了极端值,归一化则将它们压缩到了01区间,影响了数据的原始分布形态。

在实践中,选择哪种方法取决于具体问题和数据特性。标准化是更为稳健和通用的选择,而归一化则在特定场景下提供了一种简单但可能不够理想的解决方案。

三、在机器学习或者深度学习中,为什么要对特征进行归一化、标准化操作?并写出常用

归一化、标准化有两个好处,一是提升模型的收敛速度,二是提升模型的精度。

四、归一问题是什么意思?

归一问题指的是将多个不同来源、不同单位、不同量级的数据目标统一的问题。以下是关于归一问题的详细解释:

目的:归一化的主要目的是为了更好地分析和比较数据,消除由于值域大小不同而引起的误差影响,提高数据的可靠性和可分析性。

应用场景:归一问题在很多领域都很常见,比如金融、统计和自然科学等。在机器学习领域中,归一化被广泛应用,可以有效提升模型的性能和准确性。

常见方法:

最大最小值缩放法:将数据通过最大/最小值的极差进行缩放,使数据值落在特定的范围内。

zscore标准化:将数据缩放到均值为零、方差为一的状态,这种方法适用于数据分布较为均匀的情况。

规范化方法:将每个数据向量除以其长度,从而把每个数据向量的模转化为1,这种方法常用于处理向量数据。

重要性:归一化是处理数据集中的基本问题,对于数据分析、数据挖掘以及机器学习等领域都非常重要。通过归一化,可以将各种形态的数据转化成同等质量的数据,从而方便后续的处理和分析。

选择归一化方案:不同领域和场景可能需要采用不同的归一化方案。一般来说,可以通过实验和直觉经验来选择适合本场景的归一化方法。最终目的是为了提高数据的可靠性和可分析性,为决策者提供清晰而有价值的结论。

五、喊麦都需要哪些设备?

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