Isolation Forest Algoritme for Outlier-detektion i Python

Outlier-detektion er en vigtig opgave inden for maskinlæring. Det bruges til at identificere usædvanlige observationer eller datapunkter, der afviger fra datasættets generelle tendens. En effektiv algoritme til outlier-detektion er Isolation Forest- algoritmen. 

I dagens blog vil vi dække det grundlæggende i Isolation Forest-algoritmen og demonstrere, hvordan man bruger den til at opdage outliers i et datasæt ved hjælp af . Du kan se den fulde video af denne tutorial nederst på denne blog .

Indholdsfortegnelse

• Isolation Forest Algorithm vs Box Plot Method 
• Den traditionelle metode til påvisning af outlier
• Datasættet til isolationsskovsalgoritme
• Python-koderne
  • Isolation Forest Algorithm Python Code
  • Traditionel Outlier Python-kode
• Konklusion

Isolation Forest Algorithm vs Box Plot Method 

Nedenfor er vist to billeder til afvigende detektering. Læg mærke til de betydelige forskelle i den visuelle repræsentation, når du bruger, sammenlignet med, når Isolation Forest ML-modellen til Outlier-detektion bruges. 

I Isolation Forest ML-modellen er procentdelen af ​​outliers detekteret af IS Anomaly Detection-algoritmen 32,56 %. Ved at bruge den samme algoritme falder de resterende 67,44% af dataene inden for normalområdet, hvilket er ret følsomt. Vores mål er at finjustere denne følsomhed ved hjælp af . 

Den traditionelle metode til påvisning af outlier

Den traditionelle måde at finde en outlier på er ved at bruge en box plot metode . I denne metode bruger vi IQR til at finde, hvad der falder uden for dataens forventede rækkevidde. 

I dette eksempel er dette enkelte punkt over knurhåren vores outlier.

Hvis vi oversætter denne visuelle graf til et cirkeldiagram, får vi denne ene særlige udligger, som svarer til 2,33 % af de samlede data. 

I denne blog vil vi lære at bruge Isolation Forest ML-metoden, finjustere den til at matche den traditionelle metode og øge eller mindske dens følsomhed.

Datasættet til isolationsskovsalgoritme

Åbn vores datasæt i LuckyTemplates. Klik derefter på Transformer data. 

Vores datasæt til denne tutorial vil dukke op. Den indeholder datoen , antallet af brugere , indekset og isolationsskovudliggeren med output 1 for normalområdet og -1 for outliers. 

Vi har også en kolonne for Traditional Outlier og en betinget kolonne med titlen IS Anomaly Detection, der afspejler Isolation Forest Outlier. 

Vores anden forespørgsel viser vores dataramme, som vi lærer at sætte alt sammen. 

Python-koderne

På ruden Egenskaber kan vi se vores to kørende scripts. Vi opretter Isolation Forest-outputtet med et af disse scripts og genererer den traditionelle outlier med den anden. 

Isolation Forest Algorithm Python Code

Klik på Kør Python-script for at se koden. 

I denne Python-kode importerer vi som pd og brug noget der hedder Isolation Forest. 

En isolationsskov er en træbaseret model, som træffer beslutninger baseret på en træstruktur og derefter beslutter, om den er en outlier eller ej. Vi kalder det en ensemblemodel, fordi den bruger to forskellige metoder til at finde en bestemt afviger. 

Vi erstatter også datasætvariablen , som holder vores datasæt som standard, som df . 

I betragtning af vores datasæt har vi ikke brug for de to linjer med koder, der er fremhævet nedenfor, så vi kan bare slette disse linjer. 

Det, vi gør, er at instansiere modellen.

Gem modellen som IsolationForest og lad modellen lære dataene med brugere. Opret derefter en ny kolonne kaldet Anomaly Detection , som vil gå tilbage over alle de data, den lærer, og forudsige, hvilken en der skal være en outlier eller ej. 

For denne funktion er standarden for kontaminering sat til 0,5 . Således er den super følsom i øjeblikket og vil lede efter en masse afvigere. Derfor har vi i vores cirkeldiagram tidligere et meget højt interval af outliers på 32,56%. 

For at gøre det mindre følsomt kan vi tilføje kontaminering = .1 i IsolationForest -funktionen.

Til sidst skal du nulstille indekset og klikke på OK.

Resultatet vil vise en oversigtstabel. Gå til ruden Anvendte trin , og klik på df.

I outputtet kan vi finde outliers under kolonnen Anomaly Detection . 

Vi vil også gerne se, hvordan den klarer sig ved siden af ​​den traditionelle outlier. 

Traditionel Outlier Python-kode

Vi kører et andet Python-script, som i dette eksempel er Run Python-script1.

Denne kode tilføjer en outlier-funktion ved hjælp af den første og tredje kvartil. Når vi trækker q1 fra q3 , får vi Interquartile Range (IQR) . 

De næste to linjer sætter betingelserne for outlierne. Den første linje siger, at alt mindre end 1,5 * iqr betragtes som negative eller lavere outliers. Det er også sådan, vi finder outliers på traditionel vis.

Vi ved også, at vi har én afviger som det højeste punkt i vores data. For at tage højde for det, angiver den anden linje, at datapunkter, der er højere end q3 + 1,5 * iqr , også betragtes som outliers. 

Returner dette datasæt og brug funktionen outliers(df, 'Brugere') . Klik derefter på OK.

En oversigtstabel svarende til det, vi har tidligere, vises. 

Hvis vi går til ruden Anvendte trin og klikker på Ændret type1 , får vi Traditional Outlier og Anomaly Detection -kolonner side om side, hvor sidstnævnte bruger 1 og -1 til at angive outliers og ikke.

Men når vi bruger datoer med Python, kan de virke rodet. 

Det, vi kan gøre, er at oprette en ekstra kolonne ved hjælp af indekset fra Tilføj kolonne .

Tilføj derefter Index til den forrige kolonne med Merge , så vi kan bevare alle oplysningerne i den oprindelige kolonne/datasæt. 

Når vi har alt sammen, kan vi køre vores kode og opdatere vores billeder. Husk, at vi ændrede kontamineringen af ​​outlieren fra 0,5 til 0,1, så vi burde se denne del af grafen krympe en del. 

Gå tilbage til det visuelle, og klik på Anvend ændringer. 

Læg mærke til, hvordan anomalidetektionen gik hele vejen fra 32,56 % ned til 11,63 % af vores data. 

Som vi ser i vores resultater, er dette en god måde at optimere vores outlier-detektion på. 

Husk også, at når folk bruger den traditionelle metode, kan de bruge værdier lavere end 1,5, men 1,5 x IQR er ikke desto mindre den traditionelle måde. 

Konklusion

Ved at bruge Isolation Forest-algoritmen kan vi nemt identificere og udelukke usædvanlige observationer fra vores datasæt og dermed forbedre nøjagtigheden af ​​vores analyse. Denne vejledning har givet en trin-for-trin guide til, hvordan du bruger Isolation Forest-algoritmen til afvigende detektering ved hjælp af Python, som skulle hjælpe dig i gang med at implementere den i dine egne projekter.

Det, vi gjorde, var en meget nem kode til at finde uregelmæssigheder. Du kan yderligere optimere denne algoritme ved at ændre forurening og en lang række andre variabler, som du kan lære gennem tegntabel. 

Alt det bedste,