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大数据竞赛平台——Kaggle 入门

时间:2014-12-15 09:03:27      阅读:46627      评论:0      收藏:2      [点我收藏+]

标签:kaggle   机器学习   数据挖掘   python   

大数据竞赛平台——Kaggle 入门篇



这篇文章适合那些刚接触Kaggle、想尽快熟悉Kaggle并且独立完成一个竞赛项目的网友,对于已经在Kaggle上参赛过的网友来说,大可不必耗费时间阅读本文。本文分为两部分介绍Kaggle,第一部分简单介绍Kaggle,第二部分将展示解决一个竞赛项目的全过程。如有错误,请指正!


1、Kaggle简介

Kaggle是一个数据分析的竞赛平台,网址:https://www.kaggle.com/

企业或者研究者可以将数据、问题描述、期望的指标发布到Kaggle上,以竞赛的形式向广大的数据科学家征集解决方
案,类似于KDD-CUP(国际知识发现和数据挖掘竞赛)。Kaggle上的参赛者将数据下载下来,分析数据,然后运用机
器学习、数据挖掘等知识,建立算法模型,解决问题得出结果,最后将结果提交,如果提交的结果符合指标要求并且在参赛者中排名第一,将获得比赛丰厚的奖金。更多内容可以参阅:大数据众包平台

下面我以图文的形式介绍Kaggle:

进入Kaggle网站:
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这是当前正在火热进行的有奖比赛,有冠军杯形状的是“Featured”,译为“号召”,召集数据科学高手去参赛。下面那个灰色的有试剂瓶形状的是“Research”,奖金少一点。这两个类别的比赛是有奖竞赛,难度自然不小,作为入门者,应该先做练习赛:

bubuko.com,布布扣bubuko.com,布布扣

左图的比赛是“101”,右图的是“Playground”,都是练习赛,适合入门。入门Kaggle最好的方法就是独立完成101和playground这两个级别的竞赛项目。本文的第二部分将选101中的“Digit Recognition”作为讲解。

点击进入赛题“Digit Recognition
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这是一个识别数字0~9的练习赛,“Competition Details“是这个比赛的描述,说明参赛者需要解决的问题。”Get the Data“是数据下载,参赛者用这些数据来训练自己的模型,得出结果,数据一般都是以csv格式给出:

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其中,train.csv就是训练样本,test.csv就是测试样本,由于这个是训练赛,所以还提供了两种解决方案,knn_benchmark.R和rf_benchmark.R,前者是用R语。言写的knn算法程序,后者是用R语言写的随机森林算法程序,它们的结果分别是knn_benchmark.csv和rf_benchmark.csv。关于csv格式文件,我前一篇文章有详述:【Python】csv模块的使用

得出结果后,接下来就是提交结果”Make a submission“
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要求提交的文件是csv格式的,假如你将结果保存在result.csv,那么点击”Click or drop submission here“,选中result.csv文件上传即可,系统将测试你提交的结果的准确率,然后排名。

另外,除了“Competition Details“、”Get the Data“、”Make a submission“,侧边栏的”Home“、”Information“、"Forum"等,也提供了关于竞赛的一些相关信息,包括排名、规则、辅导......

【以上是第一部分,暂且写这么多,有补充的以后再更】


2、竞赛项目解题全过程

(1)知识准备


首先,想解决上面的题目,还是需要一点ML算法的基础的,另外就是要会用编程语言和相应的第三方库来实现算法,常用的有:
Python以及对应的库numpy、scipy、scikit-learn(实现了ML的一些算法,可以直接用)、theano(DeepLearning的算法包)。
R语言、weka
如果用到深度学习的算法,cuda、caffe也可以用
总之,使用什么编程语言、什么平台、什么第三方库都无所谓,无论你用什么方法,Kaggle只需要你线上提交结果,线下你如何实现算法是没有限制的。

Ok,下面讲解题过程,以”Digit Recognition“为例,数字识别这个问题我之前写过两篇文章,分别用kNN算法和Logistic算法去实现,有完整的代码,有兴趣可以阅读:kNN算法实现数字识别 Logistic回归实现数字识别


(2)Digit Recognition解题过程


下面我将采用kNN算法来解决Kaggle上的这道Digit Recognition训练题。上面提到,我之前用kNN算法实现过,这里我将直接copy之前的算法的核心代码,核心代码是关于kNN算法的主体实现,我不再赘述,我把重点放在处理数据上。

以下工程基于Python、numpy

  • 获取数据

从”Get the Data“下载以下三个csv文件:

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  • 分析train.csv数据

train.csv是训练样本集,大小42001*785,第一行是文字描述,所以实际的样本数据大小是42000*785,其中第一列的每一个数字是它对应行的label,可以将第一列单独取出来,得到42000*1的向量trainLabel,剩下的就是42000*784的特征向量集trainData,所以从train.csv可以获取两个矩阵trainLabel、trainData。

下面给出代码,另外关于如何从csv文件中读取数据,参阅:csv模块的使用


def loadTrainData():
    l=[]
    with open('train.csv') as file:
         lines=csv.reader(file)
         for line in lines:
             l.append(line) #42001*785
    l.remove(l[0])
    l=array(l)
    label=l[:,0]
    data=l[:,1:]
    return nomalizing(toInt(data)),toInt(label)

这里还有两个函数需要说明一下,toInt()函数,是将字符串转换为整数,因为从csv文件读取出来的,是字符串类型的,比如‘253’,而我们接下来运算需要的是整数类型的,因此要转换,int(‘253’)=253。toInt()函数如下:

def toInt(array):
    array=mat(array)
    m,n=shape(array)
    newArray=zeros((m,n))
    for i in xrange(m):
        for j in xrange(n):
                newArray[i,j]=int(array[i,j])
    return newArray



nomalizing()函数做的工作是归一化,因为train.csv里面提供的表示图像的数据是0~255的,为了简化运算,我们可以将其转化为二值图像,因此将所有非0的数字,即1~255都归一化为1。nomalizing()函数如下:

def nomalizing(array):
    m,n=shape(array)
    for i in xrange(m):
        for j in xrange(n):
            if array[i,j]!=0:
                array[i,j]=1
    return array



  • 分析test.csv数据

test.csv里的数据大小是28001*784,第一行是文字描述,因此实际的测试数据样本是28000*784,与train.csv不同,没有label,28000*784即28000个测试样本,我们要做的工作就是为这28000个测试样本找出正确的label。所以从test.csv我们可以得到测试样本集testData,代码如下:

def loadTestData():
    l=[]
    with open('test.csv') as file:
         lines=csv.reader(file)
         for line in lines:
             l.append(line)
     #28001*784
    l.remove(l[0])
    data=array(l)
    return nomalizing(toInt(data))  


  • 分析knn_benchmark.csv

前面已经提到,由于digit recognition是训练赛,所以这个文件是官方给出的参考结果,本来可以不理这个文件的,但是我下面为了对比自己的训练结果,所以也把knn_benchmark.csv这个文件读取出来,这个文件里的数据是28001*2,第一行是文字说明,可以去掉,第一列表示图片序号1~28000,第二列是图片对应的数字。从knn_benchmark.csv可以得到28000*1的测试结果矩阵testResult,代码:

def loadTestResult():
    l=[]
    with open('knn_benchmark.csv') as file:
         lines=csv.reader(file)
         for line in lines:
             l.append(line)
     #28001*2
    l.remove(l[0])
    label=array(l)
    return toInt(label[:,1])


到这里,数据分析和处理已经完成,我们获得的矩阵有:trainData、trainLabel、testData、testResult


  • 算法设计
这里我们采用kNN算法来分类,核心代码:
def classify(inX, dataSet, labels, k):
    inX=mat(inX)
    dataSet=mat(dataSet)
    labels=mat(labels)
    dataSetSize = dataSet.shape[0]                  
    diffMat = tile(inX, (dataSetSize,1)) - dataSet   
    sqDiffMat = array(diffMat)**2
    sqDistances = sqDiffMat.sum(axis=1)                  
    distances = sqDistances**0.5
    sortedDistIndicies = distances.argsort()            
    classCount={}                                      
    for i in range(k):
        voteIlabel = labels[0,sortedDistIndicies[i]]
        classCount[voteIlabel] = classCount.get(voteIlabel,0) + 1
    sortedClassCount = sorted(classCount.iteritems(), key=operator.itemgetter(1), reverse=True)
    return sortedClassCount[0][0]

关于这个函数,参考:kNN算法实现数字识别

简单说明一下,inX就是输入的单个样本,是一个特征向量。dataSet是训练样本,对应上面的trainData,labels对应trainLabel,k是knn算法选定的k,一般选择0~20之间的数字。这个函数将返回inX的label,即图片inX对应的数字。
对于测试集里28000个样本,调用28000次这个函数即可。

  • 保存结果
kaggle上要求提交的文件格式是csv,上面我们得到了28000个测试样本的label,必须将其保存成csv格式文件才可以提交,关于csv,参考:【Python】csv模块的使用
代码:
def saveResult(result):
    with open('result.csv','wb') as myFile:    
        myWriter=csv.writer(myFile)
        for i in result:
            tmp=[]
            tmp.append(i)
            myWriter.writerow(tmp)


  • 综合各函数

上面各个函数已经做完了所有需要做的工作,现在需要写一个函数将它们组合起来解决digit recognition这个题目。我们写一个handwritingClassTest函数,运行这个函数,就可以得到训练结果result.csv。


def handwritingClassTest():
    trainData,trainLabel=loadTrainData()
    testData=loadTestData()
    testLabel=loadTestResult()
    m,n=shape(testData)
    errorCount=0
    resultList=[]
    for i in range(m):
         classifierResult = classify(testData[i], trainData, trainLabel, 5)
         resultList.append(classifierResult)
         print "the classifier came back with: %d, the real answer is: %d" % (classifierResult, testLabel[0,i])
         if (classifierResult != testLabel[0,i]): errorCount += 1.0
    print "\nthe total number of errors is: %d" % errorCount
    print "\nthe total error rate is: %f" % (errorCount/float(m))
    saveResult(resultList)

运行这个函数,可以得到result.csv文件:
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2 0 9 9 3 7 0 3.......就是每个图片对应的数字。与参考结果knn_benchmark.csv比较一下:
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28000个样本中有1004个与kknn_benchmark.csv中的不一样。错误率为3.5%,这个效果并不好,原因是我并未将所有训练样本都拿来训练,因为太花时间,我只取一半的训练样本来训练,即上面的结果对应的代码是:


 classifierResult = classify(testData[i], trainData[0:20000], trainLabel[0:20000], 5)

训练一半的样本,程序跑了将近70分钟(在个人PC上)。


  • 提交结果
将result.csv整理成kknn_benchmark.csv那种格式,即加入第一行文字说明,加入第一列的图片序号,然后make a submission,结果准确率96.5%:

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下载工程代码:github地址

【完】

大数据竞赛平台——Kaggle 入门

标签:kaggle   机器学习   数据挖掘   python   

原文:http://blog.csdn.net/u012162613/article/details/41929171

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