
异常值检测一般要求新发现的数据是否与现有观测数据具有相同的分布或者不同的分布,相同的分布可以称之为内点(inlier),具有不同分布的点可以称之为离群值。离群点和新奇点检测是不同的,有一个重要的区分必须掌握:
离群点检测:训练数据包含离群点,这些离群点被定义为远离其它内点的观察值。因此,离群点检测估计器会尝试拟合出训练数据中内围点聚集的区域, 而忽略异常值观察。
新奇点检测:训练数据没有受到离群点污染,我们感兴趣的是检测一个新的观测值是否为离群点。在这种情况下,离群点被认为是新奇点。
离群点检测和新奇点检测都用于异常检测, 其中一项感兴趣的是检测异常或异常观察。离群点检测又被称之为无监督异常检测,新奇点检测又被称之为半监督异常检测。 在离群点检测的背景下, 离群点/异常点不能够形成密集的簇,因为可用的估计器假设离群点/异常点位于低密度区域。相反的,在新奇点检测的背景下, 新奇点/异常点只要位于训练数据的低密度区域,是可以形成稠密聚类簇的,在此背景下被认为是正常的。
scikit-learn有一套机器学习工具estimator.fit(X_train),可用于新奇点或离群值检测。然后可以使用estimator.predict(X_test)方法将新观察值分类为离群点或内点 :内围点会被标记为1,而离群点标记为-1。
离群点检测方法总结
下面的例子展示了二维数据集上不同异常检测算法的特点。数据集包含一种或两种模式(高密度区域),以说明算法处理多模式数据的能力。
对于每个数据集,产生15%的样本作为随机均匀噪声。这个比例是给予OneClassSVM的nu参数和其他离群点检测算法的污染参数的值。由于局部离群因子(LOF)用于离群值检测时没有对新数据应用的预测方法,因此除了局部离群值因子(LOF)外,inliers和离群值之间的决策边界以黑色显示。
sklearn.svm。一个已知的eclasssvm对异常值很敏感,因此在异常值检测方面表现不太好。该估计器最适合在训练集没有异常值的情况下进行新颖性检测。也就是说,在高维的离群点检测,或者在不对嵌入数据的分布做任何假设的情况下,一个类支持向量机可能在这些情况下给出有用的结果,这取决于它的超参数的值。
sklearn.covariance。椭圆包络假设数据是高斯分布,并学习一个椭圆。因此,当数据不是单峰时,它就会退化。但是请注意,这个估计器对异常值是稳健的。
sklearn.ensemble。IsolationForest sklearn.neighbors。LocalOutlierFactor对于多模态数据集似乎表现得相当好。sklearn的优势。第三个数据集的局部离群因子超过其他估计显示,其中两种模式有不同的密度。这种优势是由LOF的局域性来解释的,即它只比较一个样本的异常分数与其相邻样本的异常分数。
最后,对于最后一个数据集,很难说一个样本比另一个样本更反常,因为它们是均匀分布在超立方体中。除了sklearn。svm。有一点过度拟合的支持向量机,所有的估计器都对这种情况给出了合适的解决方案。在这种情况下,明智的做法是更密切地观察样本的异常分数,因为一个好的估计器应该给所有样本分配相似的分数。
虽然这些例子给出了一些关于算法的直觉,但这种直觉可能不适用于非常高维的数据。
最后,请注意,模型的参数在这里是精心挑选的,但在实践中需要进行调整。在没有标记数据的情况下,这个问题是完全无监督的,因此模型的选择是一个挑战。
# Author: Alexandre Gramfort <alexandre.gramfort@inria.fr> # Albert Thomas <albert.thomas@telecom-paristech.fr> # License: BSD 3 clause import time import numpy as np import matplotlib import matplotlib.pyplot as plt from sklearn import svm from sklearn.datasets import make_moons, make_blobs from sklearn.covariance import EllipticEnvelope from sklearn.ensemble import IsolationForest from sklearn.neighbors import LocalOutlierFactor print(__doc__) matplotlib.rcParams['contour.negative_linestyle'] = 'solid' # Example settings n_samples = 300 outliers_fraction = 0.15 n_outliers = int(outliers_fraction * n_samples) n_inliers = n_samples - n_outliers # define outlier/anomaly detection methods to be compared anomaly_algorithms = [ ("Robust covariance", EllipticEnvelope(contamination=outliers_fraction)), ("One-Class SVM", svm.OneClassSVM(nu=outliers_fraction, kernel="rbf", gamma=0.1)), ("Isolation Forest", IsolationForest(contamination=outliers_fraction, random_state=42)), ("Local Outlier Factor", LocalOutlierFactor( n_neighbors=35, contamination=outliers_fraction))] # Define datasets blobs_params = dict(random_state=0, n_samples=n_inliers, n_features=2) datasets = [ make_blobs(centers=[[0, 0], [0, 0]], cluster_std=0.5, **blobs_params)[0], make_blobs(centers=[[2, 2], [-2, -2]], cluster_std=[0.5, 0.5], **blobs_params)[0], make_blobs(centers=[[2, 2], [-2, -2]], cluster_std=[1.5, .3], **blobs_params)[0], 4. * (make_moons(n_samples=n_samples, noise=.05, random_state=0)[0] - np.array([0.5, 0.25])), 14. * (np.random.RandomState(42).rand(n_samples, 2) - 0.5)] # Compare given classifiers under given settings xx, yy = np.meshgrid(np.linspace(-7, 7, 150), np.linspace(-7, 7, 150)) plt.figure(figsize=(len(anomaly_algorithms) * 2 + 3, 12.5)) plt.subplots_adjust(left=.02, right=.98, bottom=.001, top=.96, wspace=.05, hspace=.01) plot_num = 1 rng = np.random.RandomState(42) for i_dataset, X in enumerate(datasets): # Add outliers X = np.concatenate([X, rng.uniform(low=-6, high=6, size=(n_outliers, 2))], axis=0) for name, algorithm in anomaly_algorithms: t0 = time.time() algorithm.fit(X) t1 = time.time() plt.subplot(len(datasets), len(anomaly_algorithms), plot_num) if i_dataset == 0: plt.title(name, size=18) # fit the data and tag outliers if name == "Local Outlier Factor": y_pred = algorithm.fit_predict(X) else: y_pred = algorithm.fit(X).predict(X) # plot the levels lines and the points if name != "Local Outlier Factor": # LOF does not implement predict Z = algorithm.predict(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]) Z = Z.reshape(xx.shape) plt.contour(xx, yy, Z, levels=[0], linewidths=2, colors='black') colors = np.array(['#377eb8', '#ff7f00']) plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], s=10, color=colors[(y_pred + 1) // 2]) plt.xlim(-7, 7) plt.ylim(-7, 7) plt.xticks(()) plt.yticks(()) plt.text(.99, .01, ('%.2fs' % (t1 - t0)).lstrip('0'), transform=plt.gca().transAxes, size=15, horizontalalignment='right') plot_num += 1 plt.show()
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
LSTM 模型输入长度选择技巧:提升序列建模效能的关键 在循环神经网络(RNN)家族中,长短期记忆网络(LSTM)凭借其解决长序列 ...
2025-07-11CDA 数据分析师报考条件详解与准备指南 在数据驱动决策的时代浪潮下,CDA 数据分析师认证愈发受到瞩目,成为众多有志投身数 ...
2025-07-11数据透视表中两列相乘合计的实用指南 在数据分析的日常工作中,数据透视表凭借其强大的数据汇总和分析功能,成为了 Excel 用户 ...
2025-07-11尊敬的考生: 您好! 我们诚挚通知您,CDA Level I和 Level II考试大纲将于 2025年7月25日 实施重大更新。 此次更新旨在确保认 ...
2025-07-10BI 大数据分析师:连接数据与业务的价值转化者 在大数据与商业智能(Business Intelligence,简称 BI)深度融合的时代,BI ...
2025-07-10SQL 在预测分析中的应用:从数据查询到趋势预判 在数据驱动决策的时代,预测分析作为挖掘数据潜在价值的核心手段,正被广泛 ...
2025-07-10数据查询结束后:分析师的收尾工作与价值深化 在数据分析的全流程中,“query end”(查询结束)并非工作的终点,而是将数 ...
2025-07-10CDA 数据分析师考试:从报考到取证的全攻略 在数字经济蓬勃发展的今天,数据分析师已成为各行业争抢的核心人才,而 CDA(Certi ...
2025-07-09【CDA干货】单样本趋势性检验:捕捉数据背后的时间轨迹 在数据分析的版图中,单样本趋势性检验如同一位耐心的侦探,专注于从单 ...
2025-07-09year_month数据类型:时间维度的精准切片 在数据的世界里,时间是最不可或缺的维度之一,而year_month数据类型就像一把精准 ...
2025-07-09CDA 备考干货:Python 在数据分析中的核心应用与实战技巧 在 CDA 数据分析师认证考试中,Python 作为数据处理与分析的核心 ...
2025-07-08SPSS 中的 Mann-Kendall 检验:数据趋势与突变分析的有力工具 在数据分析的广袤领域中,准确捕捉数据的趋势变化以及识别 ...
2025-07-08备战 CDA 数据分析师考试:需要多久?如何规划? CDA(Certified Data Analyst)数据分析师认证作为国内权威的数据分析能力认证 ...
2025-07-08LSTM 输出不确定的成因、影响与应对策略 长短期记忆网络(LSTM)作为循环神经网络(RNN)的一种变体,凭借独特的门控机制,在 ...
2025-07-07统计学方法在市场调研数据中的深度应用 市场调研是企业洞察市场动态、了解消费者需求的重要途径,而统计学方法则是市场调研数 ...
2025-07-07CDA数据分析师证书考试全攻略 在数字化浪潮席卷全球的当下,数据已成为企业决策、行业发展的核心驱动力,数据分析师也因此成为 ...
2025-07-07剖析 CDA 数据分析师考试题型:解锁高效备考与答题策略 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师考试作为衡量数据专业能力的 ...
2025-07-04SQL Server 字符串截取转日期:解锁数据处理的关键技能 在数据处理与分析工作中,数据格式的规范性是保证后续分析准确性的基础 ...
2025-07-04CDA 数据分析师视角:从数据迷雾中探寻商业真相 在数字化浪潮席卷全球的今天,数据已成为企业决策的核心驱动力,CDA(Certifie ...
2025-07-04CDA 数据分析师:开启数据职业发展新征程 在数据成为核心生产要素的今天,数据分析师的职业价值愈发凸显。CDA(Certified D ...
2025-07-03