​ 众所周知，特征工程是将原始数据转换为数据集的过程。 有各种可用的功能工程技术。 两种最广泛使用且最容易混淆的特征工程技术是：

• 标准化
• 归一化

​ 今天我们将探讨这两种技术，并了解数据分析师在解决数据科学问题时所做出的一些常见假设。 另外，本教程的全部代码都可以在下面的GitHub存储库中找到:

https://github.com/Tanu-N-Prabhu/Python/blob/master/Normalization_vs_Standardization.ipynb

归一化

理论

​ 归一化是将数字特征转换为标准值范围的过程。 值的范围可以是[-1，1]或[0，1]。 例如，假设我们有一个数据集，其中包含两个名为“年龄”和“体重”的特征，如下所示：

​ 假设一个名为“年龄”的要素的实际范围是5到100。我们可以通过从“年龄”列的每个值中减去5，然后将结果除以95（ 100-5）。 为了使您清晰可见，我们可以将以上内容写为公式。

​ 其中**min ^（j）和max ^（j）**是数据集中特征j的最小值和最大值。图像来源于Andriy Burkov的《百页机器学习书》

实例

​ 现在您已经了解了背后的理论，现在让我们看看如何将其投入实际。 通常，有两种方法可以实现此目的：传统的Old school手动方法，另一种使用sklearn预处理库。 今天，让我们借助sklearn库进行归一化。

使用sklearn预处理-Normalizer

​ 在将“ Age”和“ Weight”值直接输入该方法之前，我们需要将这些数据帧转换为numpy数组。 为此，我们可以使用to_numpy（）方法，如下所示：

# Storing the columns Age values into X and Weight as YX = df['Age']
y = df['Weight']
X = X.to_numpy()
y = y.to_numpy()

​ 上面的步骤非常重要，因为fit（）和transform（）方法仅适用于数组。

from sklearn.preprocessing import Normalizernormalizer = Normalizer().fit([X])
normalizer.transform([X])

normalizer = Normalizer().fit([y])
normalizer.transform([y])

​ 如上所示，两个数组的值都在[0，1]范围内。

我们何时应实际对数据进行归一化？

​ 尽管归一化不是强制性的（必须做的事）。 它可以通过两种方式为您提供帮助

• 归一化数据将提高学习速度。 它将在构建（训练）和测试数据期间提高速度。 试试看！！
• 它将避免数值溢出。 意思是归一化将确保我们的输入大致在相对较小的范围内。 这样可以避免问题，因为计算机通常在处理非常小或非常大的数字时会遇到问题。

标准化

理论

​ 标准化和z分数标准化和最小-最大缩放是一种重新缩放数据集值的技术，以使其具有标准正态分布的属性，其中μ= 0（均值-特征的平均值）且σ= 1（ 均值的标准偏差）。 可以这样写：

实例

​ 现在有很多方法可以实现标准化，就像标准化一样，我们可以使用sklearn库并使用StandardScalar方法，如下所示：

from sklearn.preprocessing import StandardScalersc = StandardScaler()
sc.fit_transform([X])
sc.transform([X])sc.fit_transform([y])
sc.transform([y])

​

Z分数标准化

​ 同样，我们可以使用pandas的mean和std来实现。

# Calculating the mean and standard deviation
df = (df - df.mean())/df.std()
print(df)

最小-最大缩放

​ 在这里我们可以使用pandas的max和min来做有需要的

# Calculating the minimum and the maximum 
df = (df-df.min())/(df.max()-df.min())
print(df)

​ 通常，最好使用Z分数标准化，因为最小-最大缩放容易过度拟合。

什么时候使用标准化？

​ 上述问题没有答案。 如果您的数据集较小且有足够的时间，则可以尝试上述两种技术并选择最佳的一种。 以下是您可以遵循的经验：

• 您可以对无监督学习算法使用标准化。 在这种情况下，标准化比归一化更有利。
• 如果您在数据中看到一个曲线，那么标准化是更可取的。 为此，您将必须绘制数据。
• 如果您的数据集具有极高或极低的值（离群值），则标准化是更可取的，因为通常，归一化会将这些值压缩到较小的范围内。

​ 除上述情况外，在任何其他情况下，归一化都适用。 同样，如果您有足够的时间可以尝试两种特征工程技术。

作者：Tanu N Prabhu

翻译：孟翔杰