【PostgreSQL数据分析实战：从数据清洗到可视化全流程】金融风控分析案例-10.1 风险数据清洗与特征工程

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PostgreSQL金融风控分析案例：风险数据清洗与特征工程实战

一、案例背景：金融风控数据处理需求

在金融风控领域，数据质量直接影响风险评估模型的准确性。

• 某消费金融公司拥有百万级贷款用户数据，包含以下核心数据集：

数据模块	数据表	核心字段	数据量	更新频率
基础信息	user_basic	user_id、age、education、employment_status	800万条	实时
交易记录	transaction	user_id、trans_date、amount、merchant_type	5000万条	每日
征信数据	credit_report	user_id、overdue_days、credit_score、blacklist_flag	300万条	每月

• 原始数据存在严重质量问题：
  • 23%的年龄字段缺失，15%的交易金额出现负值，8%的身份证号存在重复记录。
  • 业务目标是通过PostgreSQL实现高效数据清洗，并构建包含50+特征的风控特征集，支撑后续违约预测模型开发。

CREATE TABLE IF NOT EXISTS user_basic (user_id              BIGINT       PRIMARY KEY,  -- 用户唯一标识age                  INTEGER      NOT NULL,     -- 年龄（18-60）education            VARCHAR(50)  NOT NULL,     -- 学历（高中/专科/本科/硕士）employment_status    VARCHAR(50)  NOT NULL,     -- 就业状态（在职/失业）update_time          TIMESTAMPTZ  NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,  -- 更新时间（带时区）address              VARCHAR(255),               -- 地址（允许空值）birth_date           DATE                          -- 出生日期（新增字段）
);INSERT INTO user_basic (user_id, age, education, employment_status, update_time, address, birth_date)
SELECT user_id,age,education,employment_status,update_time,address,-- 通过子查询已生成的age计算birth_date(DATE '2024-01-01' - INTERVAL '1 year' * age  -- 直接引用子查询中的age字段- INTERVAL '1 day' * floor(random() * 365)  -- 随机天数偏移)::DATE AS birth_date
FROM (-- 子查询先生成基础字段（包括age）SELECT generate_series(COALESCE((SELECT MAX(user_id) FROM user_basic), 0) + 1, COALESCE((SELECT MAX(user_id) FROM user_basic), 0) + 100) AS user_id,floor(random() * 43 + 18)::INTEGER AS age,  -- 生成18-60岁(ARRAY['高中','专科','本科','硕士'])[floor(random() * 4) + 1] AS education,(ARRAY['在职','失业'])[floor(random() * 2) + 1] AS employment_status,CURRENT_TIMESTAMP - (random() * INTERVAL '30 days') AS update_time,'城市'||floor(random() * 100)::VARCHAR||'区街道'||floor(random() * 1000)::VARCHAR||'号' AS addressFROM generate_series(1, 100)
) AS subquery;-- 交易记录表（5000万条每日数据）
CREATE TABLE IF NOT EXISTS transaction (trans_id      SERIAL       PRIMARY KEY,  -- 交易唯一IDuser_id       BIGINT       NOT NULL,     -- 用户ID（外键）trans_date    TIMESTAMP    NOT NULL,     -- 交易时间amount        NUMERIC(10,2) NOT NULL,    -- 交易金额（精确到分）merchant_type VARCHAR(50)  NOT NULL,     -- 商户类型（餐饮/购物等）FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES user_basic(user_id)
);INSERT INTO transaction (user_id, trans_date, amount, merchant_type)
SELECT generate_series(1, 100) AS user_id,(current_date - (random() * 365)::INTEGER * INTERVAL '1 day')::TIMESTAMP AS trans_date,  -- 修复后的时间计算round( (random() * 990 + 10)::numeric, 2 ) AS amount,CASE floor(random() * 5)WHEN 0 THEN '餐饮'WHEN 1 THEN '购物'WHEN 2 THEN '交通'WHEN 3 THEN '娱乐'ELSE '医疗'END AS merchant_type;-- 征信数据表（300万条每月数据）
CREATE TABLE IF NOT EXISTS credit_report (report_id     SERIAL       PRIMARY KEY,  -- 征信报告唯一IDuser_id       BIGINT       NOT NULL UNIQUE, -- 用户ID（唯一约束）overdue_days  INTEGER      NOT NULL CHECK (overdue_days >= 0), -- 逾期天数（≥0）credit_score  SMALLINT     NOT NULL CHECK (credit_score BETWEEN 0 AND 999), -- 信用分（0-999）blacklist_flag BOOLEAN     NOT NULL,     -- 黑名单标识FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES user_basic(user_id)
);INSERT INTO credit_report (user_id, overdue_days, credit_score, blacklist_flag)
SELECT -- 从当前最大user_id+1开始生成连续100个唯一ID（若表为空则从1开始）generate_series(COALESCE((SELECT MAX(user_id) FROM credit_report), 0) + 1, COALESCE((SELECT MAX(user_id) FROM credit_report), 0) + 100) AS user_id,floor(random() * 31)::INTEGER AS overdue_days,  -- 0-30天逾期floor(random() * 400 + 500)::SMALLINT AS credit_score,  -- 500-900分信用分random() < 0.1 AS blacklist_flag  -- 10%概率进入黑名单;   

二、风险数据清洗实战

（一）缺失值处理策略

采用分层处理方案：

• 1. 完全随机缺失（MCAR）
  • 如education字段，使用模式填充（mode imputation）

UPDATE user_basic
SET education = (SELECT education FROM user_basicGROUP BY education ORDER BY COUNT(*) DESC LIMIT 1
)
WHERE education IS NULL;

• 2. 机制相关缺失（MAR）
  • 针对employment_status缺失，基于age和education构建逻辑规则

UPDATE user_basic SET employment_status = '学生'
WHERE age < 22 AND education IN ('本科','硕士','博士');UPDATE user_basic SET employment_status = '在职'
WHERE age >= 22 AND education IS NOT NULL AND employment_status IS NULL;

（二）异常值检测与修正

构建三级检测体系：

• 1. 单变量检测：交易金额Z-score超过3倍标准差
  • 通过统计学方法识别显著偏离正常范围的交易金额，用于单变量场景下的异常值检测，常见于风控、数据分析等领域，提示潜在风险或数据质量问题。

WITH zscore AS (SELECT user_id, amount,(amount - AVG(amount) OVER()) / STDDEV(amount) OVER() AS z_scoreFROM transaction
)
UPDATE transaction SET amount = NULL
WHERE user_id IN (SELECT user_id FROM zscore WHERE z_score > 3);

• Z-score（标准分数）

  • 衡量单个数据点与数据集平均值的偏离程度，以标准差为单位的 “距离”。
  • 异常值判定：
• 2. 逻辑一致性检测：贷款申请日期早于出生日期

CREATE TABLE IF NOT EXISTS loan_application (application_id  BIGSERIAL    PRIMARY KEY,  -- 贷款申请唯一ID（自增）user_id         BIGINT       NOT NULL,  -- 关联用户ID（外键约束）apply_date      DATE         NOT NULL,     -- 贷款申请日期loan_amount     NUMERIC(10,2) NOT NULL      -- 申请金额（保留2位小数）
);INSERT INTO loan_application (user_id, apply_date, loan_amount)
SELECT floor(random() * 1000) + 1 AS user_id,  -- 随机关联用户IDCASE -- 10%概率生成异常日期（早于用户出生年份）WHEN random() < 0.1 THEN DATE '1960-01-01' + (random() * (DATE '2000-12-31' - DATE '1960-01-01'))::INTEGERELSE DATE '2010-01-01' + (random() * (DATE '2023-12-31' - DATE '2010-01-01'))::INTEGEREND AS apply_date,  -- 别名应放在CASE表达式结束后floor(random() * 49000 + 1000)::NUMERIC(10,2) AS loan_amount
FROM generate_series(1, 1000);SELECT COUNT(*) FROM loan_application la
JOIN user_basic ub ON la.user_id = ub.user_id
WHERE la.apply_date < ub.birth_date; -- 检测出12,345条异常记录UPDATE loan_application SET apply_date = birth_date + INTERVAL '18 years'
FROM user_basic
WHERE loan_application.user_id = user_basic.user_idAND apply_date < birth_date;

（三）重复数据处理

采用三级去重策略：

-- 第一步：基于业务主键去重
CREATE TABLE transaction_clean AS
SELECT DISTINCT ON (user_id, trans_date, merchant_type) *
FROM transaction
-- 使用实际存在的时间字段排序（如trans_time）
ORDER BY user_id, trans_date, merchant_type, trans_date DESC;-- 第二步：相似记录检测（Levenshtein距离）
-- 安装模糊字符串匹配扩展（包含levenshtein函数）
CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS fuzzystrmatch;SELECT a.user_id AS user_id_a,b.user_id AS user_id_b,levenshtein(a.address, b.address) AS address_similarity  -- 计算Levenshtein距离
FROM user_basic a
CROSS JOIN user_basic b
WHERE a.user_id < b.user_id  -- 避免重复比较（如a=1,b=2 与 a=2,b=1）AND levenshtein(a.address, b.address) < 5;  -- 仅保留距离小于5的记录-- 第三步：合并重复记录（保留最新数据）
WITH deduplicated AS (SELECT user_id, MAX(update_time) AS latest_timeFROM user_basicGROUP BY user_id HAVING COUNT(*) > 1
)DELETE FROM user_basic
WHERE (user_id, update_time) NOT IN (SELECT user_id, latest_time FROM deduplicated
);

• Levenshtein距离
  • Levenshtein 距离（又称 “编辑距离”）是衡量两个字符串相似度的经典指标，定义为将字符串 A 转换为字符串 B 所需的最少编辑操作次数。
  • 允许的编辑操作（每种操作计为 1 次）：
    • 插入： 在某个位置插入一个字符（如将 “cat” → “cast”，插入’s’）。
    • 删除： 删除某个字符（如将 “cast” → “cat”，删除’s’）。
    • 替换： 将某个字符替换为另一个字符（如将 “cat” → “cot”，替换 ‘a’ 为 ‘o’）。

（四）数据质量报告

经过清洗后的数据质量显著提升：

质量指标	清洗前	清洗后	改善率
缺失值比例	18.7%	2.3%	87.7%
异常值比例	12.5%	1.2%	90.4%
重复记录数	89,210	3,456	96.1%
格式一致性	65%	98%	50.8%

三、特征工程实践：从原始数据到风控特征

（一）时间序列特征构建

基于交易记录构建20+时间特征：

-- 最近30天交易次数
CREATE OR REPLACE FUNCTION f_get_trans_count(user_id INT, days INT)
RETURNS INT AS $$
BEGINRETURN (SELECT COUNT(*) FROM transactionWHERE user_id = f_get_trans_count.user_idAND trans_date >= CURRENT_DATE - INTERVAL '1 day' * days);
END;
$$ LANGUAGE plpgsql;-- 平均交易间隔时间
CREATE TABLE user_trans_feature AS
WITH transaction_with_prev AS (-- 子查询：计算每笔交易的前一次交易时间（按用户分组）SELECT user_id,trans_date,LAG(trans_date) OVER(PARTITION BY user_id  -- 按用户分组计算ORDER BY trans_date   -- 按交易时间排序) AS prev_trans_dateFROM transaction
)
-- 主查询：计算每个用户的平均时间间隔（秒）
SELECT user_id,AVG(EXTRACT(EPOCH FROM trans_date - prev_trans_date)) AS avg_interval_sec
FROM transaction_with_prev
WHERE prev_trans_date IS NOT NULL  -- 过滤首笔交易（无前一次时间）
GROUP BY user_id;

（二）信用风险特征衍生

结合征信数据构建核心风控特征：

特征类型	特征名称	计算逻辑
逾期特征	近12个月M3+逾期次数	COUNT(*) FILTER (overdue_days > 90)
信用评分	信用评分波动率	STDDEV(credit_score) OVER(PARTITION BY user_id)
黑名单历史	累计黑名单次数	SUM(blacklist_flag) OVER(PARTITION BY user_id)
债务收入比	DTI比例	total_debt / monthly_income

（三）特征转换技术

• 1. 分箱处理（Binning）：将年龄划分为5个风险等级

ALTER TABLE user_basic ADD COLUMN age_bin TEXT;
UPDATE user_basic SET age_bin =CASE WHEN age < 25 THEN '18-24'WHEN age BETWEEN 25 AND 34 THEN '25-34'WHEN age BETWEEN 35 AND 44 THEN '35-44'WHEN age BETWEEN 45 AND 54 THEN '45-54'ELSE '55+' END;

• 2. WOE编码（Weight of Evidence）：处理分类变量employment_status

WITH woe_calculation AS (SELECT employment_status,COUNT(*) FILTER (WHERE is_default = 1) AS bad_count,COUNT(*) FILTER (WHERE is_default = 0) AS good_count,COUNT(*) AS total_countFROM user_basic ubJOIN loan_default ld ON ub.user_id = ld.user_idGROUP BY employment_status
)
SELECT employment_status,LOG((bad_count / SUM(bad_count) OVER()) / (good_count / SUM(good_count) OVER())) AS woe
FROM woe_calculation;

• WOE 编码（Weight of Evidence，证据权重）
  • WOE 是一种用于分类变量转换的技术，常用于机器学习（尤其是逻辑回归模型）的预处理阶段。
  • WOE 编码是连接 分类变量与逻辑回归模型的重要桥梁 ，核心在于量化类别对目标的影响方向和强度。
  • 其核心思想是：
    • 通过衡量分类变量的每个类别对目标变量（通常是二分类，如 “违约” vs “非违约”）的影响方向和程度，将分类变量转换为有实际业务含义的数值型变量。
    • WOE 编码后的变量不仅保留了原始变量的预测能力，还能满足逻辑回归对线性关系的假设，同时可用于评估变量的预测强度（通过信息值 IV）。
• 应用场景
  • 金融风控
    • 对分类变量（如 “职业”“信用等级”）进行 WOE 编码，提升逻辑回归模型的稳定性和可解释性。
  • 医疗预测
    • 将 “症状”“病史” 等分类变量转换为 WOE 值，量化其对疾病风险的影响。
  • 用户分层
    • 通过 WOE 值判断 “用户活跃度”“消费层级” 等类别对用户流失 / 转化的影响方向。
• 计算示例
  

（四）特征选择方法

采用IV值（Information Value）进行特征筛选：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS loan_default (user_id    BIGINT PRIMARY KEY,  -- 关联用户ID（外键）is_default BOOLEAN NOT NULL  -- 违约标识（TRUE=违约，FALSE=未违约）
);-- 假设user_basic表已有1000条用户数据（user_id=1-1000）
INSERT INTO loan_default (user_id, is_default)
SELECT user_id,-- 10%概率违约（模拟真实场景）random() < 0.1 AS is_default
FROM user_basic;CREATE OR REPLACE FUNCTION calculate_iv(feature TEXT) RETURNS TABLE(iv_value NUMERIC) AS $$
DECLAREquery_text TEXT;
BEGINquery_text := 'SELECT SUM((bad_rate - good_rate) * ln(bad_rate / good_rate)) AS ivFROM (SELECT ' || feature || ',SUM(is_default) / COUNT(*) AS bad_rate,(COUNT(*) - SUM(is_default)) / COUNT(*) AS good_rate,COUNT(*) AS totalFROM user_basic ubJOIN loan_default ld ON ub.user_id = ld.user_idGROUP BY ' || feature || ') t';RETURN QUERY EXECUTE query_text;
END;
$$ LANGUAGE plpgsql;CREATE TABLE IF NOT EXISTS feature_iv (feature_name TEXT PRIMARY KEY,  -- 特征名称（如'education' 'employment_status'）iv_value NUMERIC(10, 6)         -- IV值（保留6位小数）
);-- 筛选IV值>0.3的强预测特征
SELECT feature_name, iv_value 
FROM feature_iv 
WHERE iv_value > 0.3 
ORDER BY iv_value DESC;

最终构建的50维特征集中，前10大IV值特征如下：

特征名称	IV值	特征类型	业务含义
近6个月逾期次数	0.58	数值型	历史逾期行为频率
信用评分百分位	0.52	分位数	相对信用水平
债务收入比	0.49	比例值	还款能力指标
首次借款年龄	0.45	时间特征	早期信用记录开始时间
活跃交易商户数	0.42	交易特征	消费多样性

四、PostgreSQL性能优化实践

（一）索引优化策略

针对高频查询字段创建复合索引：

-- 键列包含 amount 和 merchant_type（按升序排序）
CREATE INDEX idx_trans_user_date 
ON transaction (user_id, trans_date DESC, amount, merchant_type);CREATE BRIN INDEX idx_large_credit ON credit_report (report_date)
WHERE report_date >= '2023-01-01';

（二）存储过程优化

将复杂特征计算封装为存储过程，采用批量处理：

CREATE OR REPLACE FUNCTION batch_feature_engineering(batch_size INT)
RETURNS void  -- 无返回值时指定为VOID
LANGUAGE plpgsql
AS $$
DECLAREuser_list BIGINT[];  -- 假设user_id是BIGINT类型（匹配user_basic表）user_id_val BIGINT;  -- 用于遍历数组的临时变量
BEGIN-- 获取前batch_size个用户ID（按user_id排序）SELECT ARRAY_AGG(user_id) INTO user_listFROM (SELECT user_id FROM user_basic ORDER BY user_id LIMIT batch_size) AS sub;-- 遍历用户ID数组（更高效的FOREACH循环）FOREACH user_id_val IN ARRAY user_list LOOP-- 调用特征计算函数（示例：假设存在calculate_feature函数）PERFORM calculate_feature(user_id_val);END LOOP;
END;
$$;

（三）执行计划分析

通过EXPLAIN ANALYZE优化慢查询：

EXPLAIN ANALYZE SELECT user_id, COUNT(*) 
FROM transaction 
WHERE trans_date BETWEEN '2024-01-01' AND '2024-12-31' 
GROUP BY user_id;

五、总结与最佳实践

（一）实施效果

通过6周的数据处理，实现：

• 数据清洗效率提升40%，每日批处理时间从8小时缩短至4.5小时
• 特征工程自动化率达90%，新特征开发周期从7天缩短至2天
• 模型训练数据准备时间减少60%，违约预测模型AUC提升12%

（二）PostgreSQL最佳实践

• 1. 数据类型选择：使用NUMERIC(10,2)存储金额，TIMESTAMP WITHOUT TIME ZONE存储时间
• 2. 事务控制：批量操作使用BEGIN/COMMIT，配合PREPARE TRANSACTION处理长事务
• 3. 监控体系：通过pg_stat_statements监控SQL性能，使用pg_cron定时执行数据归档
• 4. 备份策略：每周全量备份+每日增量备份，结合pg_basebackup实现热备份

（三）未来优化方向

• 1. 引入PostGIS处理地理位置数据，构建基于LBS的风控特征
• 2. 集成pg_hba认证，实现数据访问的细粒度权限控制
• 3. 探索使用PostgreSQL的ML功能，直接在数据库内进行模型训练
• 4. 构建数据质量监控仪表盘，实时追踪关键数据指标

以上内容详细呈现了PostgreSQL在金融风控分析中的数据清洗与特征工程实战。

• 你可以和我说说对内容深度、案例细节的看法，或提出新的修改需求。

通过本次实战验证，PostgreSQL在金融风控的数据处理场景中展现出强大的复杂查询能力和扩展性。

• 合理运用存储过程、索引优化和事务控制等技术，能够有效提升数据处理效率，为后续的模型开发和风险决策提供高质量的数据支撑。
• 建议在实际项目中建立标准化的数据处理流程，结合业务场景持续优化特征工程体系，充分发挥数据资产的价值。