京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
机器学习案例实战-信用卡欺诈检测
故事背景:原始数据为个人交易记录,但是考虑数据本身的隐私性,已经对原始数据进行了类似PCA的处理,现在已经把特征数据提取好了,接下来的目的就是如何建立模型使得检测的效果达到最好,这里我们虽然不需要对数据做特征提取的操作,但是面对的挑战还是蛮大的。
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sklearn.cross_validation import train_test_split
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.cross_validation import KFold, cross_val_score
from sklearn.metrics import confusion_matrix,recall_score,classification_report
数据分析与建模可不是体力活,时间就是金钱我的朋友(魔兽玩家都懂的!)如果你用python来把玩数据,那么这些就是你的核武器啦。简单介绍一下这几位朋友!
Numpy-科学计算库主要用来做矩阵运算,什么?你不知道哪里会用到矩阵,那么这样想吧,咱们的数据就是行(样本)和列(特征)组成的,那么数据本身不就是一个矩阵嘛。
Pandas-数据分析处理库很多小伙伴都在说用python处理数据很容易,那么容易在哪呢?其实有了pandas很复杂的操作我们也可以一行代码去解决掉!
Matplotlib-可视化库无论是分析还是建模,光靠好记性可不行,很有必要把结果和过程可视化的展示出来。
Scikit-Learn-机器学习库非常实用的机器学习算法库,这里面包含了基本你觉得你能用上所有机器学习算法啦。但还远不止如此,还有很多预处理和评估的模块等你来挖掘的!
data = pd.read_csv("creditcard.csv")
data.head()
首先我们用pandas将数据读进来并显示最开始的5行,看见木有!用pandas读取数据就是这么简单!这里的数据为了考虑用户隐私等,已经通过PCA处理过了,现在大家只需要把数据当成是处理好的特征就好啦!
接下来我们核心的目的就是去检测在数据样本中哪些是具有欺诈行为的!
count_classes = pd.value_counts(data['Class'], sort = True).sort_index()
count_classes.plot(kind = 'bar')
plt.title("Fraud class histogram")
plt.xlabel("Class")
plt.ylabel("Frequency")
千万不要着急去用机器学习算法建模做这个分类问题。首先我们来观察一下数据的分布情况,在数据样本中有明确的label列指定了class为0代表正常情况,class为1代表发生了欺诈行为的样本。从上图中可以看出来。。。等等,你不是说有两种情况吗,为啥图上只有class为0的样本啊?再仔细看看,纳尼。。。class为1的并不是木有,而是太少了,少到基本看不出来了,那么此时我们面对一个新的挑战,样本极度不均衡,接下来我们首先要解决这个问题,这个很常见也是很头疼的问题。
这里我们提出两种解决方案也是数据分析中最常用的两种方法,下采样和过采样!
先挑个软柿子捏,下采样比较简单实现,咱们就先搞定第一种方案!下采样的意思就是说,不是两类数据不均衡吗,那我让你们同样少(也就是1有多少个 0就消减成多少个),这样不就均衡了吗。
很简单的实现方法,在属于0的数据中,进行随机的选择,就选跟class为1的那类样本一样多就好了,那么现在我们已经得到了两组都是非常少的数据,接下来就可以建模啦!不过在建立任何一个机器学习模型之前不要忘了一个常规的操作,就是要把数据集切分成训练集和测试集,这样会使得后续验证的结果更为靠谱。
在训练逻辑回归的模型中做了一件非常常规的事情,就是对于一个模型,咱们再选择一个算法的时候伴随着很多的参数要调节,那么如何找到最合适的参数可不是一件简单的事,依靠经验值并不是十分靠谱,通常情况下我们需要大量的实验也就是不断去尝试最终得出这些合适的参数。
不同C参数对应的最终模型效果:
C parameter: 0.01
Iteration 1 : recall score = 0.958904109589
Iteration 2 : recall score = 0.917808219178
Iteration 3 : recall score = 1.0
Iteration 4 : recall score = 0.972972972973
Iteration 5 : recall score = 0.954545454545
Mean recall score 0.960846151257
C parameter: 0.1
Iteration 1 : recall score = 0.835616438356
Iteration 2 : recall score = 0.86301369863
Iteration 3 : recall score = 0.915254237288
Iteration 4 : recall score = 0.932432432432
Iteration 5 : recall score = 0.878787878788
Mean recall score 0.885020937099
C parameter: 1
Iteration 1 : recall score = 0.835616438356
Iteration 2 : recall score = 0.86301369863
Iteration 3 : recall score = 0.966101694915
Iteration 4 : recall score = 0.945945945946
Iteration 5 : recall score = 0.893939393939
Mean recall score 0.900923434357
C parameter: 10
Iteration 1 : recall score = 0.849315068493
Iteration 2 : recall score = 0.86301369863
Iteration 3 : recall score = 0.966101694915
Iteration 4 : recall score = 0.959459459459
Iteration 5 : recall score = 0.893939393939
Mean recall score 0.906365863087
C parameter: 100
Iteration 1 : recall score = 0.86301369863
Iteration 2 : recall score = 0.86301369863
Iteration 3 : recall score = 0.966101694915
Iteration 4 : recall score = 0.959459459459
Iteration 5 : recall score = 0.893939393939
Mean recall score 0.909105589115
Best model to choose from cross validation is with C parameter = 0.01
在使用机器学习算法的时候,很重要的一部就是参数的调节,在这里我们选择使用最经典的分类算法,逻辑回归!千万别把逻辑回归当成是回归算法,它就是最实用的二分类算法!这里我们需要考虑的c参数就是正则化惩罚项的力度,那么如何选择到最好的参数呢?这里我们就需要交叉验证啦,然后用不同的C参数去跑相同的数据,目的就是去看看啥样的C参数能够使得最终模型的效果最好!可以到不同的参数对最终的结果产生的影响还是蛮大的,这里最好的方法就是用验证集去寻找了!
模型已经造出来了,那么怎么评判哪个模型好,哪个模型不好呢?我们这里需要好好想一想!
一般都是用精度来衡量,也就是常说的准确率,但是我们来想一想,我们的目的是什么呢?是不是要检测出来那些异常的样本呀!换个例子来说,假如现在医院给了我们一个任务要检测出来1000个病人中,有癌症的那些人。那么假设数据集中1000个人中有990个无癌症,只有10个有癌症,我们需要把这10个人检测出来。假设我们用精度来衡量,那么即便这10个人没检测出来,也是有 990/1000 也就是99%的精度,但是这个模型却没任何价值!这点是非常重要的,因为不同的评估方法会得出不同的答案,一定要根据问题的本质,去选择最合适的评估方法。
同样的道理,这里我们采用recall来计算模型的好坏,也就是说那些异常的样本我们的检测到了多少,这也是咱们最初的目的!这里通常用混淆矩阵来展示。
这个图就非常漂亮了!(并不是说画的好而是展示的很直接)从图中可以清晰的看到原始数据中样本的分布以及我们的模型的预测结果,那么recall是怎么算出来的呢?就是用我们的检测到的个数(137)去除以总共异常样本的个数(10+137),用这个数值来去评估我们的模型。利用混淆矩阵我们可以很直观的考察模型的精度以及recall,也是非常推荐大家在评估模型的时候不妨把这个图亮出来可以帮助咱们很直观的看清楚现在模型的效果以及存在的问题。
这可还木有完事,我们刚才只是在下采样的数据集中去进行测试的,那么这份测试还不能完全可信,因为它并不是原始的测试集,我们需要在原始的,大量的测试集中再次去衡量当前模型的效果。可以看到效果其实还不错,但是哪块有些问题呢,是不是我们误杀了很多呀,有些样本并不是异常的,但是并我们错误的当成了异常的,这个现象其实就是下采样策略本身的一个缺陷。
对于逻辑回归算法来说,我们还可以指定这样一个阈值,也就是说最终结果的概率是大于多少我们把它当成是正或者负样本。不用的阈值会对结果产生很大的影响。
上图中我们可以看到不用的阈值产生的影响还是蛮大的,阈值较小,意味着我们的模型非常严格宁肯错杀也不肯放过,这样会使得绝大多数样本都被当成了异常的样本,recall很高,精度稍低当阈值较大的时候我们的模型就稍微宽松些啦,这个时候会导致recall很低,精度稍高,综上当我们使用逻辑回归算法的时候,还需要根据实际的应用场景来选择一个最恰当的阈值!
说完了下采样策略,我们继续唠一下过采样策略,跟下采样相反,现在咱们的策略是要让class为0和1的样本一样多,也就是我们需要去进行数据的生成啦。
SMOTE算法是用的非常广泛的数据生成策略,流程可以参考上图,还是非常简单的,下面我们使用现成的库来帮助我们完成过采样数据生成策略。
很简单的几步操作我们就完成过采样策略,那么现在正负样本就是一样多的啦,都有那么20多W个,现在我们再通过混淆矩阵来看一下,逻辑回归应用于过采样样本的效果。数据增强的应用面已经非常广了,对于很多机器学习或者深度学习问题,这已经成为了一个常规套路啦!
我们对比一下下采样和过采样的效果,可以说recall的效果都不错,都可以检测到异常样本,但是下采样是不是误杀的比较少呀,所以如果我们可以进行数据生成,那么在处理样本数据不均衡的情况下,过采样是一个可以尝试的方案!
总结:对于一个机器学习案例来说,一份数据肯定伴随着很多的挑战和问题,那么最为重要的就是我们该怎么解决这一系列的问题,大牛们不见得代码写的比咱们强但是他们却很清楚如何去解决问题。今天咱们讲述了一个以检测任务为背景的案例,其中涉及到如何处理样本不均衡问题,以及模型评估选择的方法,最后给出了逻辑回归在不用阈值下的结果。这里也是希望同学们可以通过案例多多积攒经验,早日成为大牛。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在 MySQL 查询性能优化体系中,索引是降低查询耗时、提升数据库吞吐的核心手段。其中联合索引与覆盖索引是实际开发中最高频的两 ...
2026-06-15在数据仓库建设与商业智能分析体系中,维度建模是应用最广泛的建模方法论,而事实表与维度表是维度建模的两大核心构件,共同构成 ...
2026-06-15 很多数据分析师能熟练计算指标,但当被问到“这家企业的核心业务目标是什么”“如何把模糊的战略目标拆解为可量化的指标”“ ...
2026-06-15在数据分析、业务监控、运营复盘等场景中,列值趋势计算是核心需求之一。无论是分析销售额的月度增长、用户活跃的变化趋势、库存 ...
2026-06-12在数字经济深度渗透的当下,消费者的购买行为已从过去的 “被动接受” 转变为 “主动决策”。流量红利消退、获客成本攀升、用户 ...
2026-06-12CDA三级认证是三个级别中的塔尖,全面考察数据战略、团队领导和复杂项目的综合能力。它所对应的《敏捷数据挖掘》教材,不再局限 ...
2026-06-12在游戏产业的商业逻辑中,付费玩家是支撑游戏生存与发展的核心支柱。行业普遍遵循 “二八定律”:20% 的付费玩家贡献了游戏 80% ...
2026-06-11【核心关键词】企业、定位、传统、产品、互联网、可视化、业务侧、数字化、结构化、数据分析、传统制造业、市场状态、发展空间 ...
2026-06-11 解读《CDA二级教材:量化策略分析(2025)》的全景结构与学习逻辑 ” CDA二级认证是企业招聘数据分析师时最常提及的证书门槛 ...
2026-06-11【核心关键词】药企、可视化、营销、分类、数据分析师、销售数据、业务人员、指导方向、分析报告、营销数据、营销医生 【专访摘 ...
2026-06-10在统计学分析、问卷调研、实验验证、业务复盘等场景中,卡方检验与 T 检验是应用最广泛的两类基础假设检验方法。前者专门处理分 ...
2026-06-10 很多数据分析师每天都在计算指标、制作报表,但当被问到“什么叫指标数据元”“指标数据标准包含哪些核心维度”“指标数据质 ...
2026-06-10在MySQL数据库日常查询、数据统计、后台接口开发、数据导出等场景中,开发者经常需要查询数据表除某几列之外的所有字段。例如查 ...
2026-06-09在Python网络请求、爬虫开发、接口测试、数据抓取等实操场景中,requests库是最常用的第三方请求工具,而content属性是requests ...
2026-06-09 数据分析正在重塑每一个行业。CDA认证的三本官方教材,分别对应Level I、Level II、Level III,为你铺就从业务数据分析到数 ...
2026-06-09在数字财务、智慧财税、业财融合深度推进的当下,传统财务模式下数据标准混乱、业务流程碎片化、知识无法沉淀、系统互通性差等问 ...
2026-06-08随着数字经济深度渗透各行各业,数据正式成为继土地、劳动力、资本、技术之后的第五大生产要素,是企业数字化转型、精细化运营、 ...
2026-06-08 很多数据分析师能熟练写SQL、做透视表,但当被问到“数据是从哪里来的?经过哪些加工才进入数据仓库?ETL具体做了什么?”时 ...
2026-06-08【核心关键词】贷款、报表、课程、专业、建模、缺失值、营销、互联网、银行、办公自动化、数据分析、数据预处理、特征工程、贷 ...
2026-06-05在数据库数据查询、业务报表统计、多表关联分析中,LEFT JOIN左连接是使用率最高的SQL关联查询语句。其核心特性是保留左表全部数 ...
2026-06-05