当前位置:

首页 > 业界资讯 > 将特征转换为正态分布的一种方法示例

将特征转换为正态分布的一种方法示例

正态(高斯)分布在机器学习中起着核心作用,线性回归模型中要假设随机误差等方差并且服从正态分布,如果变量服从正态分布,那么更容易建立理论结果。统计学领域的很大一部分研究都是假设数据是正态分布的,所以如果我们的数据具有是正态分布,那么么则可以获得更好的结果。但是一般情况下我们的数据都并不是正态分布,所以如果我们能将这些数据转换成正态分布那么对我们建立模型来说是一件非常有帮助的事情。standard_normal=np.random.normal(0,1,size=1_000_000)fontdict

正态(高斯)分布在机器学习中起着核心作用,线性回归模型中要假设随机误差等方差并且服从正态分布,如果变量服从正态分布,那么更容易建立理论结果。

统计学领域的很大一部分研究都是假设数据是正态分布的,所以如果我们的数据具有是正态分布,那么么则可以获得更好的结果。但是一般情况下我们的数据都并不是正态分布,所以 如果我们能将这些数据转换成正态分布那么对我们建立模型来说是一件非常有帮助的事情。

standard_normal = np.random.normal(0, 1, size=1_000_000)
fontdict = {'family':'serif', 'color':'darkgreen', 'size':16}
fig, axs = plt.subplots(1, 1, figsize=(8, 8))
axs.hist(standard_normal, bins=1000, density=True, fc=(0,0,1,0.4))
axs.set_title('Standard Normal Distribution', fontdict=fontdict, fontweight='bold', pad=12)
axs.set_xlabel('X', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)
axs.set_ylabel('Density', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)
axs.grid()

将特征转换为正态分布的一种方法示例

如果你正在处理一个密度(大约)呈线性下降的特性(见下图)。

x = np.linspace(0, 1, 1001)
sample = (3 - np.sqrt(9 - 8 * np.random.uniform(0, 1, 1_000_000))) / 2fontdict = {'family':'serif', 'color':'darkgreen', 'size':16}
fig, axs = plt.subplots(1, 1, figsize=(8, 8))
axs.hist(sample, bins=1000, density=True, fc=(0,0,1,0.4))
axs.scatter(x, np.full_like(x, 0.01), c=x, cmap=cmap)
axs.set_title('Original Feature Distribution', fontdict=fontdict, fontweight='bold', pad=12)
axs.set_xlabel('X', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)
axs.set_ylabel('Density', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)
axs.grid()

将特征转换为正态分布的一种方法示例

要将这个特征转换为具有钟形分布的变量,可能没有那么简单,我如果我使用某种变换将密度最高的左端放到中心,那么中心两侧的其余点怎么办?

如果变换是将点从中间和右边的[0,1]移到均值的任意一边(N(0,1) =0)那么本质上是一个非单调的变换,这不是很好因为那样的话,变换后的特征值就没有什么意义了。虽然我们能够得到一个钟形分布,但是对转换后的值没有意义,排序也不再被保留(见下图3中转换后的特征值的散点图)。

log_transform = lambda ar: np.multiply(1.6 * np.log10(ar+1e-8), np.random.choice((-1, 1), size=ar.size)
fontdict = {'family':'serif', 'color':'darkgreen', 'size':16}
fig, axs = plt.subplots(1, 1, figsize=(8, 8))
axs.hist(standard_normal, bins=1_000, density=True, fc=(0,0,1,0.4), label='Standard Normal')
axs.hist(log_transform(sample), bins=1_000, density=True, fc=(1,0,0,0.4), label='Log Transform')
axs.scatter(log_transform(x), np.full_like(x, 3e-3), c=x, cmap=cmap)
axs.set_xlim(-5, 5)
axs.set_title('Log Transform', fontdict=fontdict, fontweight='bold', pad=12)
axs.set_xlabel('$pm$1.6log(X)', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)*
axs.set_ylabel('Density', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)
axs.legend()
axs.grid()

将特征转换为正态分布的一种方法示例

特征的密度是单调递减的。目标是使用范围(-∞,∞)的变换来拉伸和压缩不同点周围的[0,1]范围,并且变换空间中每个点的密度应该是N(0,1)所给出的。所以是不是可以尝试使用其他的方法呢?

先看看原始特征的CDF函数:

将特征转换为正态分布的一种方法示例

如果确保变换函数将原始分布的 (i-1)ᵗʰ 和 iᵗʰ 百分位数之间的点映射到 N( 0,1)那会怎么样呢?

将特征转换为正态分布的一种方法示例

g 是我们正在寻找的变换,Φ 是 N(0,1) 的 CDF。

但是这可能只是最终目标只是这种方法的延伸。 因为我们的方法不应限制在由百分位数定义的区间,而是想要一个函数,它可以满足上面原始CDF公式中的每个区间的要求。于是就得到了下面的公式

将特征转换为正态分布的一种方法示例

如果你对概率论比较熟悉,那么回想一下概率的特征在于它的分布函数(Jean Jacod 和 Philip Protter 的 Probability Essentials 中的定理 7.1)。我将把自己限制在了单调递增函数的空间中。

将特征转换为正态分布的一种方法示例

单调递增函数的约束假设集,如果我能找到一个函数使变换后的特征的CDF等于N(0,1)的CDF,那不就可以了吗。这与上面公式中的单调递增约束一起,得到了下面的公式。

将特征转换为正态分布的一种方法示例

将函数g变换为Φ的逆函数和F的复合函数

下面看看结果,我们使用上面总结的结果来转的特征,使其具有标准正态分布。

fontdict = {'family':'serif', 'color':'darkgreen', 'size':16}
fig, axs = plt.subplots(1, 1, figsize=(8, 8))
axs.hist(standard_normal, bins=1_000, density=True, fc=(0,0,1,0.4), label='Standard Normal')
axs.hist(scipy.stats.norm.ppf(1.5*sample - 0.5*(sample**2)), bins=1000, density=True, fc=(1,0,0,0.4), label='Equation 4 Transform')
axs.scatter(norm.ppf(1.5*x - 0.5*(x**2)), np.full_like(x, 3e-3), c=x, cmap=cmap)
axs.set_xlim(-5, 5)
axs.set_title("Transformed Feature's Density", fontdict=fontdict, fontweight='bold', pad=12)
axs.set_xlabel('$Phi^{-1}(F$(X))', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)
axs.set_ylabel('Density', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)
axs.legend()
axs.grid()

将特征转换为正态分布的一种方法示例

任何分布(只要它是一个连续分布函数)都可以使用这个方法。但是在使用它之前,还是需要看看用例中使用它是否有意义。

fontdict = {'family':'serif', 'color':'darkgreen', 'size':16}
fig, axs = plt.subplots(1, 1, figsize=(8, 8))
axs.scatter(x, norm.ppf(1.5*x - 0.5*(x**2)), c=x, cmap=cmap)
axs.set_xlim(0, 1)
axs.set_title('Transform', fontdict=fontdict, fontweight='bold', pad=12)
axs.set_xlabel('X', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)
axs.set_ylabel('$Phi^{-1}(F$(X))', fontdict=fontdict, fontweight='normal', labelpad=12)
axs.grid()

将特征转换为正态分布的一种方法示例

我们的转函数看起来是这样的,这个过程给出了如图5所示的转换。需要注意的是:这个特征取值接近 0 或接近 1 时输出波动大,但当值接近 0.5 时输出波动小。 如果不是这种情况会给模型提供对特征的错误解释,可能会损害其性能。

本文内容来源于互联网,如有侵权请联系删除。
作者最新文章
业界资讯 机器学习
相关文章 更多
机器学习之父MichaelJordan:AGl是炒作,AI的下一个战场是经济学
机器学习之父MichaelJordan:AGl是炒作,AI的下一个战场是经济学

机器学习奠基人MichaelJordan认为AGI是公关炒作,AI的真正挑战在于让系统学会协调。他主张机器学习必须与经济学结合,关注不确定性、激励机制和数据流动等社会系统性问题,而非单纯追求模型能力。

手写线程池,对照学习ThreadPoolExecutor线程池实现原理!
手写线程池,对照学习ThreadPoolExecutor线程池实现原理!

持续坚持原创输出,点击蓝字关注我吧 ❝ 沉淀、分享、成长,让自己和他人都能有所收获! ❞ 目录 一、前言二、面试题三、线程池讲解1. 先看个例子2. 手写一个线程池3. 线程池源码分析四、总结五、系列推荐一、前言人看手机,机器学习!正好是2020年,看到这张图还是蛮有意思的。以前小时候总会看到一些科

deepseek-智能助手入口
deepseek-智能助手入口

当前数字时代,deepseek入口智能助手凭借前沿技术架构为用户带来革新体验 在如今这个数字浪潮翻涌的时代,deepseek入口智能助手凭借其前沿的技术架构,为用户带来了真正意义上的革新体验。这个平台巧妙融合了自然语言处理与知识图谱技术,能够精准解析那些看似复杂的语义需求,已然成为提升工作效率的智能

用相关性分析消除“冗余特征”
用相关性分析消除“冗余特征”

刚开始学机器学习时,我也像大部分人 一样,有个很朴素的想法:特征越多,模型能学到的信息就越多,效果自然越好。 所以每次拿到数据,我就拼命往模型里塞特征——能算出来的统计量全加上,能衍生出来的比率全拼上。 一个原本 20 列的数据集,经常被我搞到七八十列。 然后我就发现事情不太对劲了: 训练时间明显变

用方差阈值过滤掉“惰性特征”
用方差阈值过滤掉“惰性特征”

机器学习实战中,大家往往把精力花在调参和选模型上,却忽略了一个更基础的问题:喂给模型的数据里,有多少特征是真正有用的? 刚开始学机器学习那会儿,很多人特别喜欢堆特征——不管有用没用先一股脑全塞进去,总觉得特征越多模型越聪明。直到有一次跑练习数据集,X_train.shape 直接干到了 (50000

超细空气颗粒物每年致约199万人早亡
超细空气颗粒物每年致约199万人早亡

空气中直径小于100纳米的超细颗粒物每年导致约199万人早逝,其中近半因心血管疾病。该颗粒物主要来自化石燃料,可通过呼吸进入血液,引发氧化应激和内皮功能紊乱,是未被充分认识的心血管危险因素。若年均浓度控制在每立方厘米5000个以下,全球超额死亡率可降低约45%。

当我们用错误的尺子量对了东西,会发生什么?
当我们用错误的尺子量对了东西,会发生什么?

这项研究来自Ezgi Korkmaz,论文以预印本形式发布于2026年7月8日,编号为arXiv:2607.07769,发表于cs.LG(机器学习)领域,并将出版于2026年人工智能促进协会(AAAI)会议论文集。有兴趣深入了解的读者可以通过arXiv编号2607.07769查询完整论文。 深度强化

学少儿编程还是机器人编程
学少儿编程还是机器人编程

机器人编程侧重硬件组装与程序驱动,编程受限于特定机器人;少儿编程系统化教授编程知识,从Scratch启蒙延伸至Python、C++等高级语言。两者各有侧重,选择取决于希望孩子提升的能力方向。

少儿编程分类全解析:软件编程 VS 硬件编程,孩子该怎么选?
少儿编程分类全解析:软件编程 VS 硬件编程,孩子该怎么选?

少儿编程分为软件与硬件两大方向。软件编程侧重逻辑与代码能力,含图形化、Python、C++,适配学业竞赛;硬件编程侧重动手与工程实践,含乐高搭建与机器人。选择应基于孩子兴趣与年龄。

Python 基础(一):入门必备知识
Python 基础(一):入门必备知识

学习Python,从基础语法开始是最稳妥的路径。这篇文章整理了Python入门阶段必须掌握的核心概念,包括标识符、关键字、引号、编码、输入输出、缩进、多行、注释、数据类型以及运算符等,后面还整理了基础进阶、爬虫、自动化、数据分析、小游戏、趣味项目以及自学路线等系列内容,方便你按需查阅。 目录 1 标

查看更多
精品专题 更多
装机必备
装机必备

正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

Windows
Windows

正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

macOS软件
macOS软件

正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

Mac软件 更多
灵活计算器
灵活计算器
macOS/iOS/Android

灵活计算器是一款笔记式算数应用,支持实时计算、动态关联和云端同步功能。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

赤友清理大师
赤友清理大师
macOS

赤友清理大师是一款为 Mac 设计的智能清理优化工具,可精准扫描垃圾、大文件、重复文件等,释放磁盘空间。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

极度公式
极度公式
Windows/macOS/Linux

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

WINDOWS 更多
Windows 10
Windows 10
Windows

Windows 10 是一款微软推出的经典操作系统,拥有硬件兼容性与多任务处理能力。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

极度公式
极度公式
Windows/macOS/Linux

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

密码键盘
密码键盘
Windows/macOS/iOS/Android

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。