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【漫话机器学习系列】257.填补缺失值（Imputing Missing Values）

news 2025/5/14 9:13:18

数据科学必备技能：填补缺失值（Imputing Missing Values）

在数据分析和机器学习项目中，缺失值（Missing Values） 是非常常见的问题。缺失的数据如果处理不当，会严重影响模型的训练效果，甚至导致模型性能大幅下降。因此，掌握缺失值填补的方法，是数据科学工作中非常重要的一步。

本文将基于一张图，详细介绍几种常见且实用的缺失值填补方法，并结合实际例子进行讲解。

1. 定量分析：用平均值填补

如果缺失的是定量变量（Quantitative Variable），如数值型数据：年龄、身高、收入等，常用均值（mean）进行填补。

原理：均值可以代表数据的整体水平，用均值填补可以尽量减少数据波动带来的影响。

示例：
假设你有一组数据：

年龄
25
27
NaN
29
31

缺失了一个年龄值，可以先计算现有数据的平均值：

然后将缺失值填补为28。

代码示例（Python + Pandas）：

import pandas as pddf = pd.DataFrame({'Age': [25, 27, None, 29, 31]})
df['Age'].fillna(df['Age'].mean(), inplace=True)
print(df)

2. 定性分析：用众数填补

如果缺失的是定性变量（Categorical Variable），如性别、城市类别、颜色等，常用众数（mode）进行填补。

原理：众数是出现次数最多的类别，使用众数可以最大限度保持数据分布的一致性。

示例：
假设你的数据如下：

城市
北京
上海
NaN
北京
广州

北京出现次数最多，因此缺失值可以填补为“北京”。

代码示例（Python + Pandas）：

import pandas as pddf = pd.DataFrame({'City': ['北京', '上海', None, '北京', '广州']})
df['City'].fillna(df['City'].mode()[0], inplace=True)
print(df)

3. 使用模型预测填补缺失值

对于缺失值较多、或者缺失值和其他特征有明显相关性的情况，可以使用预测模型来填补缺失值。例如，使用 K近邻（KNN）、决策树、线性回归等算法。

3.1 K近邻（KNN）填补

KNN可以根据数据中与缺失值样本最相似的其他样本的特征，预测其可能的取值。

原理简述：

找到与缺失样本最接近的K个完整样本；
取这K个样本中对应特征的均值（定量）或众数（定性）作为填补值。

代码示例（Python + sklearn）：

import numpy as np
import pandas as pd
from sklearn.impute import KNNImputerdf = pd.DataFrame({'Height': [1.7, 1.8, np.nan, 1.6, 1.75],'Weight': [65, 80, 70, 60, 75]
})imputer = KNNImputer(n_neighbors=2)
df_filled = pd.DataFrame(imputer.fit_transform(df), columns=df.columns)
print(df_filled)