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详细案例，集成算法

news 来源：原创 2025/8/25 13:45:34

以下是一个使用随机森林（RF）和 XGBoost 解决结构化数据分类问题的完整案例（以泰坦尼克号生存预测为例），包含数据处理、建模和结果分析：

案例：泰坦尼克号乘客生存预测

目标：根据乘客特征（如年龄、船舱等级等）预测生存与否（0=遇难，1=存活）。

一、数据准备

1. 加载数据

import pandas as pd

train = pd.read_csv("train.csv") # 训练集

test = pd.read_csv("test.csv") # 测试集

2. 数据清洗

- 缺失值处理：

- 年龄（Age）：用中位数填充。

- 登船港口（Embarked）：用众数填充。

- 船舱等级（Fare）：用均值填充测试集缺失值。

train['Age'].fillna(train['Age'].median(), inplace=True)

train['Embarked'].fillna(train['Embarked'].mode()[0], inplace=True)

test['Age'].fillna(test['Age'].median(), inplace=True)

test['Fare'].fillna(test['Fare'].mean(), inplace=True)

- 特征工程：

- 提取船舱首字母（如Cabin='C85' → 'C'），缺失值标记为'X'。

- 转换分类变量（如性别、登船港口）为数值型（独热编码）。

train['Cabin'] = train['Cabin'].fillna('X').apply(lambda x: x[0])

test['Cabin'] = test['Cabin'].fillna('X').apply(lambda x: x[0])

train = pd.get_dummies(train, columns=['Sex', 'Embarked', 'Cabin'])

test = pd.get_dummies(test, columns=['Sex', 'Embarked', 'Cabin'])

- 选择核心特征：

features = ['Pclass', 'Age', 'SibSp', 'Parch', 'Fare'] + \

[col for col in train.columns if 'Sex_' in col or 'Embarked_' in col or 'Cabin_' in col]

X_train = train[features]

y_train = train['Survived']

X_test = test[features]

二、模型训练与调优

1. 随机森林（RF）

from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier

from sklearn.model_selection import GridSearchCV

# 初始模型

rf = RandomForestClassifier(random_state=42)

rf.fit(X_train, y_train)

# 网格搜索调参

param_grid = {

'n_estimators': [100, 200],

'max_depth': [None, 10, 20],

'min_samples_split': [2, 5]

}

grid_search = GridSearchCV(rf, param_grid, cv=5, scoring='accuracy')

grid_search.fit(X_train, y_train)

best_rf = grid_search.best_estimator_

2. XGBoost

import xgboost as xgb

from xgboost import plot_importance

import matplotlib.pyplot as plt

# 初始模型

xgb_model = xgb.XGBClassifier(

objective='binary:logistic',

random_state=42,

n_estimators=500,

learning_rate=0.1

)

xgb_model.fit(X_train, y_train, early_stopping_rounds=50,

eval_set=[(X_train, y_train)], verbose=False)

# 特征重要性可视化

plot_importance(xgb_model)

plt.show()

三、结果分析

1. 模型评估（训练集）

from sklearn.metrics import accuracy_score, classification_report

# 随机森林

y_pred_rf = best_rf.predict(X_train)

print("RF准确率:", accuracy_score(y_train, y_pred_rf)) # 示例输出：~0.85

# XGBoost

y_pred_xgb = xgb_model.predict(X_train)

print("XGBoost准确率:", accuracy_score(y_train, y_pred_xgb)) # 示例输出：~0.88

2. 预测提交（测试集）

# 生成预测结果

test['Survived'] = best_rf.predict(X_test) # 或用xgb_model.predict(X_test)

submission = test[['PassengerId', 'Survived']]

submission.to_csv("submission.csv", index=False)

四、关键结论

1. 特征重要性：

- XGBoost显示性别（Sex_female）、船舱等级（Pclass）、年龄（Age）是最重要的生存预测因素（见特征重要性图）。

2. 模型对比：

- 随机森林调参后准确率约85%，XGBoost通过正则化和早停机制准确率更高（约88%），但需注意过拟合风险。

3. 优化方向：

- 可尝试Stacking集成（如RF+逻辑回归作为元模型），或进一步调整XGBoost的 max_depth 和 reg_alpha 。

代码优化建议

- 并行加速：XGBoost设置 n_jobs=-1 启用多线程，RF设置 n_jobs=-1 加速训练。

- 数据泄漏检查：特征工程需在训练集和测试集独立处理（避免用测试集数据填充训练集缺失值）。

需要完整数据集或其他算法案例（如GBDT）可随时告知！

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