파이썬 Binning에 대한 포괄적인 안내서

Name: Oluwaseun Adeojo

Published on 2023. 8. 17.

파이썬 Binning은 연속 변수를 이산화시키고, 노이즈를 줄이며, 머신 러닝을 위해 범주형 변수를 생성하는 강력한 데이터 전처리 기술입니다. 이 포괄적인 안내서에서는 파이썬을 위한 다양한 Binning 기술과 알고리즘을 다루어, 오늘부터 모델을 개선하는 방법을 배울 수 있습니다.

Binning은 미세한 관측 오류의 영향을 최소화하기 위해 사용하는 데이터 전처리 방법입니다. 주어진 작은 구간인 bin에 속하는 원래 데이터 값은 해당 구간을 대표하는 값으로 대체되는데, 대개 중심값이 사용됩니다. 이는 양자화의 한 형태입니다.

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파트 1: 파이썬 Binning이란 무엇인가?

파이썬 Binning은 연속 값을 작은 수의 "bin"으로 그룹화하는 데이터 전처리 기술입니다. 예를 들어, 나이 데이터 세트는 0-10세, 11-20세, 21-30세 등을 나타내는 bin으로 그룹화될 수 있습니다. Binning은 오버핏팅과 같은 예측 모델의 정확성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

파이썬은 NumPy와 Pandas와 같은 효과적인 Binning을 위한 여러 라이브러리를 제공합니다. 이러한 라이브러리는 numpy.histogram과 pandas.cut과 같은 함수를 제공하여 Binning 프로세스를 더욱 쉽고 효율적으로 수행할 수 있게 해줍니다.

파이썬 Binning의 이점

파이썬 Binning의 몇 가지 이점은 다음과 같습니다:

노이즈 감소: Binning은 데이터의 미세한 관측 오류 또는 변동을 완화할 수 있습니다.
데이터 이산화: Binning은 연속 변수를 분석하기 쉬운 범주 변수로 변환할 수 있습니다.
모델 성능 향상: Binning은 범주형 특성으로 bin을 도입함으로써 예측 모델의 정확성을 향상시킬 수 있습니다.

파트 2: 파이썬에서 데이터 Binning을 위한 기술

파이썬에서 데이터 Binning을 위한 여러 기술이 있습니다. 가장 일반적인 기술은 등간격 Binning, 등빈도 Binning 및 k-means 클러스터링입니다.

등간격 Binning

등간격 Binning은 데이터의 범위를 N개의 동일한 크기의 구간으로 나눕니다. 간격의 너비는 (최대값 - 최소값) / N으로 정의됩니다. NumPy 라이브러리의 histogram 함수를 사용하여 등간격 Binning을 구현할 수 있습니다.

등빈도 Binning

등빈도 Binning은 대략 동일한 관측치 수를 포함하는 N개의 그룹으로 데이터를 나눕니다. Pandas 라이브러리의 qcut 함수를 사용하여 등빈도 Binning을 구현할 수 있습니다.

Binning을 위한 k-means 클러스터링

k-means 클러스터링은 데이터가 균일하게 분포되지 않은 경우에 사용할 수 있는 더 고급 Binning 기술입니다. 이는 데이터를 K개의 클러스터로 분할하고, 각 클러스터의 중심점으로 나타내는 방식입니다. sklearn.cluster 라이브러리의 KMeans 함수를 사용하여 k-means 클러스터링을 구현할 수 있습니다.

파트 3: NumPy와 Pandas를 사용한 Binning의 구현

파이썬의 NumPy와 Pandas 라이브러리는 Binning을 구현하기 위한 강력한 함수를 제공합니다. 다음은 사용 방법입니다:

NumPy를 사용한 Binning

NumPy의 histogram 함수를 사용하여 등간격 Binning을 구현할 수 있습니다. 다음은 예시입니다:

import numpy as np
 
# 데이터
data = np.array([1.2, 2.4, 3.6, 4.8, 6.0])
 
# bin의 수 정의
num_bins = 3
 
# NumPy의 histogram 함수 사용
counts, bins = np.histogram(data, bins=num_bins)
 
print(f"Bins: {bins}")
print(f"Counts: {counts}")

이 예시에서 np.histogram 함수는 데이터의 범위를 동일한 폭의 세 개의 bin으로 나눕니다. counts 배열은 각 bin에 포함된 데이터 포인트의 수를 나타냅니다.

Pandas를 사용한 Binning

Pandas는 데이터를 Binning하기 위해 cut과 qcut 두 가지 함수를 제공합니다. cut 함수는 등간격 Binning에 사용되며, qcut 함수는 등빈도 Binning에 사용됩니다.

다음은 등간격 Binning에 cut 함수를 사용하는 예시입니다:

import pandas as pd
 
# 데이터
data = pd.Series([1.2, 2.4, 3.6, 4.8, 6.0])
 
# bin의 수 정의
num_bins = 3
 
# Pandas의 cut 함수 사용
bins = pd.cut(data, bins=num_bins)
 
print(bins)

이 예시에서 pd.cut 함수는 데이터의 범위를 동일한 폭의 세 개의 bin으로 나눕니다. 출력은 데이터 포인트가 속하는 bin을 나타내는 Series입니다.

등빈도 Binning에는 qcut 함수를 사용할 수 있습니다:

import pandas as pd
 
# 데이터
data = pd.Series([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10])
 
# bin의 수 정의
num_bins = 3
 
# Pandas의 qcut 함수 사용
bins = pd.qcut(data, q=num_bins)
 
print(bins)

이 예시에서 pd.qcut 함수는 데이터를 대략 동일한 데이터 포인트 수를 포함하는 세 개의 bin으로 나눕니다.

이것은 NumPy와 Pandas를 사용하여 Binning을 구현하는 기본적인 예시입니다. 특정 사용 사례에 따라 bin의 수나 Binning 방법을 조정해야 할 수 있습니다.

파트 4: 데이터 Binning 시 잠재적인 편향 또는 정보 손실

데이터 Binning은 데이터 전처리에 유용한 도구일 수 있지만, Binning 프로세스 중에 발생할 수 있는 잠재적인 편향 또는 정보 손실에 대해 알고 있어야 합니다.

정보 손실

Binning은 값 그룹을 단일 대표값으로 대체하여 데이터의 세분성을 줄이는 작업입니다. 그러나 너무 큰 bin 크기를 사용할 경우 정보의 손실이 발생할 수 있습니다. 이를 완화하기 위해 더 작은 bin 크기를 사용하거나 k-means 클러스터링과 같은 고급 binning 기술을 사용해 볼 수 있습니다.

편향

Binning은 특히 등간격으로 binning하는 경우 데이터에 편향을 초래할 수 있습니다. 데이터가 균일하지 않다면 등간격 binning은 데이터 포인트 수가 매우 다른 bin을 생성할 수 있습니다. 이는 분석 결과에 편향을 줄 수 있습니다. 이를 완화하기 위해 등도 빈칸 혹은 k-means 클러스터링을 사용할 수 있으며, 이는 데이터의 분포를 고려합니다.

파트 5: Python에서 머신러닝 모델 개선을 위한 Binning의 사용

Binning은 데이터를 머신러닝 모델에 적용하기 위해 가치 있는 도구입니다. 연속 변수를 범주형으로 변환함으로써 Outliers를 처리하고 결측치를 다루며, 모델의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

예를 들어, 의사결정나무 알고리즘은 주로 binning에서 이점을 얻을 수 있습니다. 이는 연속 변수를 처리하고 모델의 복잡성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 마찬가지로, binning은 logistic 회귀 모델에서 유용할 수 있으며, 비선형 효과를 처리하고 모델의 해석 가능성을 향상시킬 수 있습니다.

기억하세요, binning 방법과 bin 수의 선택은 머신러닝 모델의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 다양한 binning 전략을 실험하고 모델의 성능에 미치는 영향을 평가하는 것은 항상 좋은 아이디어입니다.

자주 묻는 질문

Python binning이란?

Python binning은 연속 값의 집합을 더 작은 "bin"으로 그룹화하는 데이터 전처리 기술입니다. 이는 특히 과적합과 관련이 있을 때 예측 모델의 정확도를 향상시킬 수 있습니다.

Python에서 binning의 이점은 무엇인가요?

Python에서 binning을 사용하면 잡음을 줄이고 연속 변수를 범주형으로 변환하며, 머신러닝 모델의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

Python에서 데이터 binning을 위한 다른 기술은 무엇인가요?

Python에서 데이터 binning을 위한 가장 일반적인 기술은 등간격 binning, 등도 빈칸, k-means 클러스터링 등이 있습니다. NumPy와 Pandas와 같은 Python 라이브러리는 이러한 기술을 구현하기 위한 함수를 제공합니다.

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