【视频讲解】CatBoost、LightGBM和随机森林的海域气田开发分类研究

本文将通过视频讲解,展示如何用CatBoost、LightGBM和随机森林的海域气田开发特征智能分类,并结合一个python分类预测职员离职:逻辑回归、梯度提升、随机森林、XGB、CatBoost、LGBM交叉验证可视化的代码数据,为读者提供一套完整的实践数据分析流程。

本研究基于数据库,通过数据预处理、特征工程和机器学习算法,对1050个海域气田的全生命周期产量数据进行了深入分析。

Changlin Li撰写


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研究涵盖了数据清洗、标准化、样本平衡处理和特征离散化等步骤。进一步,通过算法应用与模型选择,本研究旨在探索不同储量类型海域气田的开发特征,并评估了CatBoost、LightGBM和随机森林等算法的性能。

1. 数据预处理

数据预处理是数据分析的关键步骤,包括数据清洗、去重、缺失值检查和数据标准化。本研究使用Python代码print(df.isnull().sum())对数据集中的缺失值进行了全面检查,确认数据集无缺失值。

此外,采用最小-最大标准化法对数据进行了标准化处理,以消除不同量纲的影响,公式为 x−minmax−minmax−minx−min​。

样本平衡处理方面,本研究采用了SMOTE算法生成新的少数类样本,有效克服了过拟合问题。同时,对字符和文本特征进行了特征离散化处理,以适应后续的数据分析。

2. 数据探索性分析

本研究对海域气田的开发特征进行了探索性分析,通过可视化手段展示了数据分布和关键特征。


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4. 模型性能评估

在模型训练过程中,本研究将数据集划分为训练集(70%)、测试集(20%)和验证集(10%)。通过混淆矩阵评估了三种模型的分类预测性能,包括准确率、精确度、召回率和F1得分。

5. 特征重要性分析



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利用Python的Sklearn库对CatBoost模型的特征重要性进行了分析,确定了高峰产量、稳产期末累计产量和产量上升期结束产量等关键特征。这些特征对于预测不同类别的海上气田开发特征至关重要。


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6. 预测

本研究通过广义翁氏模型和LSTM时间序列预测模型,对海域气田的产量参数进行了拟合和预测,为海上气田的开发技术政策制定、生产策略优化和生产潜力评估提供了科学依据。

python分类预测职员离职:逻辑回归、梯度提升、随机森林、XGB、CatBoost、LGBM交叉验证可视化

Shilin Chen撰写

离职率是企业保留人才能力的体现。分析预测职员是否有离职趋向有利于企业的人才管理,提升组织职员的心理健康,从而更有利于企业未来的发展。采用分类这一方法构建6种模型对职员离职预测,分别是逻辑回归、梯度提升、随机森林、XGB、CatBoost、LGBM。


数据源准备

员工离职数据,属性包括职员的年龄,出差频率、部门、受教育水平、工作参与度和工作等级等等。

特征转换

是否离职、性别等字符串型数据分别用0或1代替,出差频率等按等级用0-2的数字代替。

构造

以上说明了如何抽取相关特征,我们大致有如下训练样本(只列举部分特征)。

image.png


了解数据集的分布

划分训练集和测试集

以样本中测试集占比百分之二十的比例训练模型

image.png
× XGBoost是2016年由华盛顿大学陈天奇老师带领开发的一个可扩展机器学习系统。严格意义上讲XGBoost并不是一种模型,而是一个可供用户轻松解决分类、回归或排序问题的软件包。它内部实现了梯度提升树(GBDT)模型,并对模型中的算法进行了诸多优化,在取得高精度的同时又保持了极快的速度,在一段时间内成为了国内外数据挖掘、机器学习领域中的大规模杀伤性武器。 更重要的是,XGBoost在系统优化和机器学习原理方面都进行了深入的考虑。毫不夸张的讲,XGBoost提供的可扩展性,可移植性与准确性推动了机器学习计算限制的上限,该系统在单台机器上运行速度比当时流行解决方案快十倍以上,甚至在分布式系统中可以处理十亿级的数据。 XGBoost的主要优点: 简单易用。相对其他机器学习库,用户可以轻松使用XGBoost并获得相当不错的效果。 高效可扩展。在处理大规模数据集时速度快效果好,对内存等硬件资源要求不高。 鲁棒性强。相对于深度学习模型不需要精细调参便能取得接近的效果。 XGBoost内部实现提升树模型,可以自动处理缺失值。 XGBoost的主要缺点: 相对于深度学习模型无法对时空位置建模,不能很好地捕获图像、语音、文本等高维数据。 在拥有海量训练数据,并能找到合适的深度学习模型时,深度学习的精度可以遥遥领先XGBoost。
summary(dftrain)
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建模

使用Stratified K-Fold交叉验证来进行模型评估

def cross_valtion(model, X, y):
    skf = StratiFold(n_splits = 10, random_state = 42, shuffle = True)
    scores = []
    predictions = np.ros(len(X))
    
    for fold, (train_index, test_index) in enum

这是一个逻辑回归分类器的实例化,其中random_state参数用于指定随机的种子数,以便结果的可重复性。逻辑回归是一种线性模型,用于解决二元分类问题。

LogisticRegression(random_state = 42))

梯度提升分类器的实例化,其中random_state参数同样用于指定随机种子数。梯度提升是一种集成学习算法,它将多个弱学习器结合成一个强学习器。


GradientBoostingClassifier(random_st

随机森林分类器的实例化,其中random_state参数用于指定随机种子数。随机森林是一种基于决策树的集成学习算法。

RandomForestClassifier(random_state =

使用XGBoost库的分类器的实例化,其中random_state参数用于指定随机种子数。XGBoost是一个高效的梯度提升库。

XGBClassifier(random_stat

CatBoost分类器的实例化,其中random_state参数用于指定随机种子数。CatBoost是一个使用梯度提升的库,可以处理分类和回归问题。

CatBoostClassifier(random_

使用LightGBM库的分类器的实例化,其中random_state参数用于指定随机种子数。LightGBM是另一个梯度提升库,通常被认为在大型数据集上具有较高的性能。


LGBMClassifier(random_sta

比较结果

逻辑回归

image.png

梯度提升分类器

image.png

model.predicroba(tempop(columns = ['id']))[:, 1]

frame = dft[['id']].copy()

总结

对职员离职预测进行了深入的研究,采用了多种机器学习算法进行分类预测,包括逻辑回归、梯度提升、随机森林、XGBoost、CatBoost和LightGBM,并进行了交叉验证和可视化。


【大数据部落】从决策树模型看员工为什么离职?

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通过数据预处理和特征工程,该论文构建了多个预测模型,包括逻辑回归、梯度提升、随机森林、XGBoost、CatBoost和LightGBM。这些模型在数据集上进行了训练和评估,并采用了交叉验证技术来评估模型的性能和稳定性。


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其中,逻辑回归模型采用了L2正则化来防止过拟合,并使用了网格搜索技术来优化超参数。梯度提升模型采用了决策树作为基本单元,并使用了自适应权重的策略来优化提升过程。随机森林模型采用了多个决策树的集成方法,并使用了特征重要性来评估特征的重要性。XGBoost模型采用了梯度提升算法,并使用了正则化项来优化模型的复杂度。

LightGBM模型采用了决策树算法,并使用了高效的数据结构和算法来优化训练过程。

CatBoost模型采用了梯度提升算法,并使用了类别特征的独热编码来处理分类特征。

最终,在预测职员离职的分类问题上,不同的机器学习算法具有不同的性能表现和优劣。通过交叉验证和可视化技术,我们可以评估模型的性能和稳定性,并为实际应用提供可靠的预测结果。

关于分析师

在此对 Changxuan Li 对本文所作的贡献表示诚挚感谢,他在长江大学完成了油气大数据分析方向的本科学位,专注油气数据领域。擅长 SQL 语言、Python、R 、机器学习、数据分析、数据处理 。


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