机器学习之One-Hot Encoding详解

机器学习 数据预处理之One-Hot Encoding

看到One-Hot-Encoding发现网上大多数说明都是来自于同一个例子,最后结果感觉出的好突兀,因此这里总结一下。

很多机器学习任务中,特征并不总是连续值,有可能是分类值。

考虑以下三个特征:

["male", "female"]

["from Europe", "from US", "from Asia"]

["uses Firefox", "uses Chrome", "uses Safari", "uses Internet Explorer"]

如果将上述特征用数字表示,效率会高很多。例如:

["male", "from US", "uses Internet Explorer"] 表示为[0, 1, 3]

["female", "from Asia", "uses Chrome"]表示为[1, 2, 1]

但是,转化为数字表示后,上述数据不能直接用在我们的分类器中。因为,分类器往往默认数据数据是连续的,并且是有序的。但按上述表示的数字并不有序的,而是随机分配的。

One-Hot Encoding

解决上述问题的一种方法是采用One-Hot Encoding。

独热编码,又称一位有效编码,其方法是使用N位状态寄存器来对N个状态进行编码,每个状态都有它独立的寄存器位,并且在任意时候,其中只有一位有效。

例如:

自然状态码为:000,001,010,011,100,101

独热编码为:000001,000010,000100,001000,010000,100000

可以这样理解,对于每一个特征,如果它有m个可能值,那么经过独热编码后,就变成了m个二元特征。并且,这些特征互斥,每次只有一个激活。因此,数据会变成稀疏的。

这样做的好处主要有:

  1. 解决了分类器不好处理属性数据的问题

  2. 在一定程度上也起到了扩充特征的作用

基于python和Scikit-learn的一个简单例子:

encoder = preprocessing.OneHotEncoder()
encoder.fit([
    [0, 2, 1, 12],
    [1, 3, 5, 3],
    [2, 3, 2, 12],
    [1, 2, 4, 3]
])
encoded_vector = encoder.transform([[2, 3, 5, 3]]).toarray()
print("\n Encoded vector =", encoded_vector)

输出结果:

Encoded vector = [[ 0. 0. 1. 0. 1. 0. 0. 0. 1. 1. 0.]]

分析:

4个特征:
第一个特征(即为第一列)为[0,1,2,1] ,其中三类特征值[0,1,2],因此One-Hot Code可将[0,1,2]表示为:[100,010,001]
同理第二个特征列可将两类特征值[2,3]表示为[10,01]
第三个特征将4类特征值[1,2,4,5]表示为[1000,0100,0010,0001]
第四个特征将2类特征值[3,12]表示为[10,01]

因此最后可将[2,3,5,3]表示为[0,0,1,0,1,0,0,0,1,1,0]
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