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Python_day21

news 2025/7/2 22:21:33

DAY 21 常见的降维算法

知识点回顾：

LDA线性判别
PCA主成分分析
t-sne降维

还有一些其他的降维方式，也就是最重要的词向量的加工，我们未来再说

作业：

自由作业：探索下什么时候用到降维？降维的主要应用？或者让ai给你出题，群里的同学互相学习下。可以考虑对比下在某些特定数据集上t-sne的可视化和pca可视化的区别。

一、降维的主要应用场景

降维技术（如PCA、t-SNE、SVD等）主要用于解决高维数据带来的挑战，常见应用场景包括：

1. 数据可视化：将高维数据映射到2D/3D空间，直观观察数据分布（如类别聚类效果）。

2. 减少计算开销：降低特征维度可显著减少模型训练时间（尤其对高维数据如基因序列、图像像素）。

3. 缓解维度灾难：高维空间中数据稀疏，基于距离的算法（如KNN）性能下降，降维可改善。

4. 去除冗余特征：消除噪声或高度相关的特征，提升模型泛化能力。

5. 多模态数据融合：将不同来源的高维特征（如文本+图像）统一到低维空间。

二、基于heart数据集的题目设计

题目：使用heart心脏病数据集，对比PCA和t-SNE在2D可视化中的表现差异，并分析原因。（要求：包含数据预处理、两种降维方法的实现、可视化对比图、结果分析）

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.decomposition import PCA
from sklearn.manifold import TSNE
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.model_selection import train_test_split# ---------------------- 数据预处理 ----------------------
# 加载心脏病数据集（假设文件路径正确）
data = pd.read_csv('heart.csv')
# 分离特征和标签（target=1表示有心脏病）
X = data.drop('target', axis=1)
y = data['target']
# 标准化特征（PCA和t-SNE对尺度敏感）
scaler = StandardScaler()
X_scaled = scaler.fit_transform(X)# ---------------------- PCA降维 ----------------------
pca = PCA(n_components=2, random_state=42)  # 降维到2D
X_pca = pca.fit_transform(X_scaled)# ---------------------- t-SNE降维 ----------------------
tsne = TSNE(n_components=2, perplexity=30, random_state=42)  # 常用perplexity=5-50
X_tsne = tsne.fit_transform(X_scaled)# ---------------------- 可视化对比 ----------------------
plt.figure(figsize=(12, 6))# PCA可视化
plt.subplot(1, 2, 1)
plt.scatter(X_pca[y==0, 0], X_pca[y==0, 1], c='blue', label='无心脏病', alpha=0.6)
plt.scatter(X_pca[y==1, 0], X_pca[y==1, 1], c='red', label='有心脏病', alpha=0.6)
plt.title('PCA降维到2D的心脏病数据分布')
plt.xlabel('主成分1')
plt.ylabel('主成分2')
plt.legend()# t-SNE可视化
plt.subplot(1, 2, 2)
plt.scatter(X_tsne[y==0, 0], X_tsne[y==0, 1], c='blue', label='无心脏病', alpha=0.6)
plt.scatter(X_tsne[y==1, 0], X_tsne[y==1, 1], c='red', label='有心脏病', alpha=0.6)
plt.title('t-SNE降维到2D的心脏病数据分布')
plt.xlabel('t-SNE维度1')
plt.ylabel('t-SNE维度2')
plt.legend()plt.tight_layout()
plt.show()

# 5. 特征分布对比直方图
plt.subplot(2, 2, 1)
sns.histplot(data=data, x='age hue='Credit Default', element='step',  # 修改列名palette={0:'blue', 1:'red'}, bins=20, kde=True)
plt.title('年龄分布对比（违约 vs 正常）')  # 更新标题描述
plt.xlabel('年龄')
plt.ylabel('频数')# 6. 多变量关系矩阵图
plt.subplot(2, 2, 2)
sns.pairplot(data=data[['age', 'trestbps', 'chol', 'thalach', 'Credit Default']],  # 修改列名hue='Credit Default', palette={0:'blue', 1:'red'}, corner=True)
plt.suptitle('关键特征关系矩阵图', y=1.02)# 7. 分面网格-血压与胆固醇关系
g = sns.FacetGrid(data=data, col='Credit Default', hue='Credit Default',  # 修改列名palette={0:'blue', 1:'red'}, height=5)
g.map_dataframe(sns.scatterplot, x='trestbps', y='chol', alpha=0.7)
g.set_axis_labels('静息血压 (mmHg)', '血清胆固醇 (mg/dl)')
g.fig.suptitle('血压-胆固醇关系分面可视化', y=1.05)# 8. 累积分布函数图
plt.subplot(2, 2, 4)
for target_value in [0, 1]:subset = data[data['Credit Default'] == target_value]  # 修改列名sns.ecdfplot(subset['thalach'], label=f'违约组' if target_value else '正常组')  # 更新标签
plt.title('最大心率累积分布对比')
plt.xlabel('最大心率')
plt.ylabel('累积概率')
plt.legend()