Exploración y preparación de datos

Dr. Francisco J. Mata 1

Exploración y preparación de datos

Tema 6


Objetivos

Presentar la importancia de la exploración de los datos

Discutir la necesidad de preparar los datos


Explorar

Obtener estadísticas básicas Valores extremos Valores perdidos

Distribuciones Histogramas

Comparar valores con descripciones ¿Aparecen todos los códigos para una variable categórica? ¿Distribución de valores es esperada para variables

categóricas? ¿Valores mínimos y máximos para una variable son

razonables?Relaciones entre variables


Explorar

Haga lista de asuntos sorprendentes o que no estén claros

Pregunte al proveedor de los datos

Explorar

ObservarNúmero de registros (observaciones)Número de variables (columnas)



Ver la tabla de datos es otra buena forma de iniciar la exploración


Explorar una variable

Penetración de producto


Explorar relaciones

Ingreso por hogar 1999Ingreso por familia 1999


Ejemplo

Archivo de datos de censo sobre adultos de los Estados Unidos


Estadísticas descriptivas para variables continuas

Variable Label Mean Std Dev Range x1 age 38.582 13.640 73.000 x5 education-num 10.081 2.573 15.000 x11 capital-gain 1077.650 7385.290 99999.000 x12 capital-loss 87.304 402.960 4356.000 x13 hour-per-week 40.437 12.347 98.000

Minería de datosDr. Francisco J. Mata

11

Age

AGE

88.0084.00

80.0076.00

72.0068.00

64.0060.00

56.0052.00

48.0044.00

40.0036.00

32.0028.00

24.0020.00

Missing

Co

un

t1000

800

600

400

200

0


12

Education-number

EDUCN

16.00

15.00

14.00

13.00

12.00

11.00

10.00

9.00

8.00

7.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

1.00

Missing

Co

un

t

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0


13

Gain

GAIN

25124.00

15020.00

10566.00

7896.00

6767.00

6097.00

5013.00

4650.00

3942.00

3471.00

3325.00

2964.00

2653.00

2414.00

2290.00

2062.00

1797.00

1409.00

991.00

Missing

Co

un

t40000

30000

20000

10000

0


14

Loss

LOSS

3770.00

2603.00

2467.00

2377.00

2258.00

2205.00

2149.00

2042.00

1974.00

1848.00

1755.00

1721.00

1651.00

1594.00

1539.00

1380.00

974.00

419.00

Missing

Co

un

t40000

30000

20000

10000

0


15

Hours

HOURS

95.0089.00

84.0077.00

72.0065.00

60.0055.00

50.0045.00

40.0035.00

30.0025.00

20.0015.00

10.005.00

Missing

Co

un

t20000

10000

0


Estadísticas Descriptivas para Variables Discretas

Workclass Cumulative Cumulative x2 Frequency Percent Frequency Percent

Federal-gov 960 3.12 960 3.12 Local-gov 2093 6.81 3053 9.94 Never-worked 7 0.02 3060 9.96 Private 22696 73.87 25756 83.83 Self-emp-inc 1116 3.63 26872 87.46 Self-emp-not-inc 2541 8.27 29413 95.73 State-gov 1298 4.22 30711 99.95 Without-pay 14 0.05 30725 100.00

Frequency Missing = 1836 Chi-Square 107220.7383 DF 7 Pr > ChiSq <.0001

Dr. Francisco J. Mata

17


Education Cumulative Cumulative x4 Frequency Percent Frequency Percent

10th 933 2.87 933 2.87 11th 1175 3.61 2108 6.47 12th 433 1.33 2541 7.80 1st-4th 168 0.52 2709 8.32 5th-6th 333 1.02 3042 9.34 7th-8th 646 1.98 3688 11.33 9th 514 1.58 4202 12.91 Assoc-acdm 1067 3.28 5269 16.18 Assoc-voc 1382 4.24 6651 20.43 Bachelors 5355 16.45 12006 36.87 Doctorate 413 1.27 12419 38.14 HS-grad 10501 32.25 22920 70.39 Masters 1723 5.29 24643 75.68 Preschool 51 0.16 24694 75.84 Prof-school 576 1.77 25270 77.61 Some-college 7291 22.39 32561 100.00

Chi-Square 66643.3355 DF 15 Pr > ChiSq <.0001


education*education-num



Race

Cumulative Cumulative x9 Frequency Percent Frequency Percent

Amer-Indian-Eskimo 311 0.96 311 0.96 Asian-Pac-Islander 1039 3.19 1350 4.15 Black 3124 9.59 4474 13.74 Other 271 0.83 4745 14.57 White 27816 85.43 32561 100.00




Sex

Cumulative Cumulative x10 Frequency Percent Frequency Percent

Female 10771 33.08 10771 33.08 Male 21790 66.92 32561 100.00




Native-country Cumulative Cumulative

x14 Frequency Percent Frequency Percent Cambodia 19 0.06 19 0.06 Canada 121 0.38 140 0.44 China 75 0.23 215 0.67 Columbia 59 0.18 274 0.86 Cuba 95 0.30 369 1.15 Dominican-Republic 70 0.22 439 1.37 Ecuador 28 0.09 467 1.46 El-Salvador 106 0.33 573 1.79 England 90 0.28 663 2.07 France 29 0.09 692 2.16 Germany 137 0.43 829 2.59 Greece 29 0.09 858 2.68 Guatemala 64 0.20 922 2.88 Haiti 44 0.14 966 3.02 Holand-Netherlands 1 0.00 967 3.02 Honduras 13 0.04 980 3.06

Dr. Francisco J. Mata23


Native-country Cumulative Cumulative

x14 Frequency Percent Frequency Percent Hong 20 0.06 1000 3.13 Hungary 13 0.04 1013 3.17 India 100 0.31 1113 3.48 Iran 43 0.13 1156 3.61 Ireland 24 0.08 1180 3.69 Italy 73 0.23 1253 3.92 Jamaica 81 0.25 1334 4.17 Japan 62 0.19 1396 4.37 Laos 18 0.06 1414 4.42 Mexico 643 2.01 2057 6.43 Nicaragua 34 0.11 2091 6.54 Outlying-US(Guam-USVI-etc) 14 0.04 2105 6.58 Peru 31 0.10 2136 6.68 Philippines 198 0.62 2334 7.30 Poland 60 0.19 2394 7.49 Portugal 37 0.12 2431 7.60 Puerto-Rico 114 0.36 2545 7.96 Scotland 12 0.04 2557 8.00



Native-country

Cumulative Cumulative x14 Frequency Percent Frequency Percent Scotland 12 0.04 2557 8.00 South 80 0.25 2637 8.25 Taiwan 51 0.16 2688 8.41 Thailand 18 0.06 2706 8.46 Trinadad&Tobago 19 0.06 2725 8.52 United-States 29170 91.22 31895 99.74 Vietnam 67 0.21 31962 99.95 Yugoslavia 16 0.05 31978 100.00 Frequency Missing = 583 Chi-Square 1059744.4599 DF 40 Pr > ChiSq <.0001


Preparación de datos

Datos pueden serIncompletos: valores para una variable

perdidosRuidosos: contienen errores o valores

extremosInconsistentes: esquemas de codificación

diferentes


Preparación de datos

ActividadesLimpieza de datosIntegración de datosTransformación de datosReducción de datos


Limpieza de datos

Dar valores a datos perdidosSuavizar el ruido en los datos

identificando valores extremosCorregir inconsistencias


Valores perdidos

Valores para una variable no fueron registrados


Valores perdidos

OpcionesEliminar registros con valores perdidos: puede sesgar la

muestraReemplazar valores perdidos por un valor especial -

999.99: modelos no pueden distinguir este valor de uno perdido

Utilizar la media, mediana o moda: puede cambiar la distribución de los datos

Generar un valor aleatoriamente: puede ser difícil conocer la distribución de los valores particularmente si existe un patrón en los valores perdidos


Valores perdidos

OpcionesPredecir el valor utilizando árboles de decisión

o redes neuronalesParticionar los registros y construir varios

modelos: posible cuando se puede conocer la causa de la falta de registro de los datos

Utilizar procedimientos que puedan manipular datos perdidos


Suavizar el ruido en los datos identificando valores extremos

Utilizar las distribuciones de valores para identificar valores extremos

Utilizar técnicas automáticas de detección de grupos (“clustering”)

Utilizar métodos de regresión


32

Distribuciones para identificar valores extremos

AGE

88.0084.00

80.0076.00

72.0068.00

64.0060.00

56.0052.00

48.0044.00

40.0036.00

32.0028.00

24.0020.00

Missing

Co

un

t1000

800

600

400

200

0

Valor extremo


Técnicas automáticas para detectar grupos


Métodos de regresión


Corregir inconsistencias

Inconsistencias pueden existir debido a la forma en que fueron registrados lo datos

CorrecciónErrores de entrada de datos pueden ser

corregidos buscando los registros originalesUso de dependencias funcionales


Integración de datos

Combinación de datos de múltiples fuentes para crear nuevos registros

Problemas Identificación de entidades

Claves para hacer unionesRedundancia

Valores que pueden ser derivados de otras variables o atributos

• Algunas redundancias se pueden detectar mediante análisis de correlación o tablas de contingencia

Duplicación de registros o tuplesDetección y corrección de conflictos en valores de

datosPesos en kilos y libras


Transformación de datos

Datos son transformados o consolidados en formas apropiadas para minería de datos

MétodosDiscretizaciónGeneralizaciónNormalizaciónConstrucción de atributos o variables


Discretización

Tomar un valor continúo y representarlo en valores discretos

Ejemplo: transformar edad enJovenEdad medioAdulto mayor


Generalización

Tomar un valor más detallado y generalizarlo de acuerdo con una jerarquía

País

Provincia o estado

Ciudad

Calle674,339 valores

3,567 valores

365 valores

15 valores


Normalización

Valores de una variable o atributo se convierten para que caigan en un intervalo pequeño -1.0 a 1.0 0.0 a 1.0

o tengan cierta media y desviación estándard


Normalización

MétodosNormalización min-maxNormalización “z-score”


Normalización

Normalización min-maxv´ = ((v – minA) / (maxA-minA)) (new_maxA-

new_minA) + new_minA

Ejemplo:Mínimo y máximo para ingreso es $12,000 y

$98,000, respectivamenteSe quiere transformar ingreso al intervalo [0.0,1.0]El valor 73,600 se convierte en

• ((73,600-12,000) / (98,000-12,000)) (1.0-0) + 0 = 0.716


Normalización

Normalización “z-score”v´ = (v – media_A) / dev_est_AEjemplo:

Media y desviación estándar para ingreso es $54,000 y $16,000, respectivamente

El valor 73,600 se convierte en• (73,600-54,000) / 16,000 = 1.225


Construcción de atributos

Nuevos atributos son construidos a partir de atributos existentesEjemplo: venta = cantidad * precio


Reducción de datos

Obtener una representación reducida del conjunto de datos que es mucho más pequeña en volumen pero mantiene la integridad de los datos originales


Reducción de datos

TécnicasMuestreoAgregaciónReducción de dimensión


Reducción de datos

MuestreoSeleccionar un subconjunto de registros o

tuples pequeño pero representativo de la población

Existen técnicas estadísticas para seleccionar muestras representativas


Reducción de datos

AgregaciónSumarizar información usualmente sobre

períodos de tiempoEjemplo: sumar las ventas por trimestre para

obtener ventas anuales

Asociado con cubos OLAP


Reducción de datos

Reducción de dimensiónEliminar atributos o variables irrelevantes o

redundantes o reducir el número de estos mediante rotación de ejes

Técnicas“Decision tree induction”Análisis de componentes principales


Análisis de componentes principales

Medir tresespecies X1 (S1),X2 (S2) y X3 (S3)en diferentes puntosespaciales

Tomado de http://ordination.okstate.edu/PCA.htm



Se estandarizan los datos:se resta la media y divide pordesviación estándar



Se rotan los ejes ortogonal-mente de acuerdo con los valores principales

Valor Varianza principal explicada

1 1.8907 63%2 0.9951 33%3 0.1142 4%

Total 3.0063 100%



Representación del96 % de varianzaen dos dimensiones



Factores de carga

Especie PCA1 PCA2 PCA3

X1-S1 0.9688 0.0664 -0.2387

X2-S2 0.9701 0.0408 0.2391

X3-S3 -0.1045 0.9945 0.0061



Curvas hipotéticasde respuesta de las especies algradiente ambiental

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