Orange: The Data

Sumber: https://docs.biolab.si//3/data-mining-library/tutorial/data.html

Bagian ini menjelaskan cara memuat data di Orange. Kami juga menunjukkan cara menjelajahi data, melakukan beberapa statistik dasar, dan cara mengambil sampel data.

Data Input

Orange dapat membaca file dalam format tab-delimited, atau dapat memuat data dari salah satu jenis file spreadsheet standar utama, seperti CSV dan Excel. Format asli dimulai dengan baris tajuk dengan nama fitur (kolom). Baris tajuk kedua memberikan tipe atribut, yang dapat berupacontinuous, discrete, time, atau string. Baris tajuk ketiga berisi informasi meta untuk mengidentifikasi fitur dependen (class), fitur yang tidak relevan (ignore) atau fitur meta (meta). Spesifikasi lebih rinci tersedia di Loading and saving data (io). Berikut adalah beberapa baris pertama dari sebuah dataset lenses.tab:

age       prescription  astigmatic    tear_rate     lenses
discrete  discrete      discrete      discrete      discrete
                                                    class
young     myope         no            reduced       none
young     myope         no            normal        soft
young     myope         yes           reduced       none
young     myope         yes           normal        hard
young     hypermetrope  no            reduced       none

Nilai adalah tab-limited. Dataset ini memiliki empat atribut (age of the patient, spectacle prescription, notion on astigmatism, dan information on tear production rate) dan resep lensa terkait pada tiga nilai dependent untuk pasien (lhard contact lenses, soft contact lenses, no lenses ). Deskripsi fitur hanya dapat menggunakan satu huruf, jadi tajuk set data ini dapat dibaca:

age       prescription  astigmatic    tear_rate     lenses
d         d             d             d             d
                                                    c

Sisa tabel memberikan data. Perhatikan bahwa ada 5 instance di tabel kita di atas. Untuk dataset penuh, periksa atau download lenses.tab ke direktori. Kita juga dapat melewatkan langkah ini Orange di install dengan beberapa dataset demo, lenses.tab menjadi salah satu dari dataset demo tersebut. Sekarang, buka shell python, impor Orange dan load data:

>>> import Orange
>>> data = Orange.data.Table("lenses")
>>>

Perhatikan bahwa pada nama file, sufiks tidak diperlukan, karena Orange memeriksa apakah ada file dalam direktori saat ini dari tipe yang dapat dibaca. Panggilan ke Orange.data.Table membuat objek yang disebut data yang menyimpan dataset dan informasi tentang lenses domain:

>>> data.domain.attributes
(DiscreteVariable('age', values=['pre-presbyopic', 'presbyopic', 'young']),
 DiscreteVariable('prescription', values=['hypermetrope', 'myope']),
 DiscreteVariable('astigmatic', values=['no', 'yes']),
 DiscreteVariable('tear_rate', values=['normal', 'reduced']))
>>> data.domain.class_var
DiscreteVariable('lenses', values=['hard', 'none', 'soft'])
>>> for d in data[:3]:
   ...:     print(d)
   ...:
[young, myope, no, reduced | none]
[young, myope, no, normal | soft]
[young, myope, yes, reduced | none]
>>>

Skrip berikut merangkum semua yang telah kami lakukan sejauh ini dan mendaftar 5 instance data pertama dengan soft prescription:

import Orange

data = Orange.data.Table("lenses")
print("Attributes:", ", ".join(x.name for x in data.domain.attributes))
print("Class:", data.domain.class_var.name)
print("Data instances", len(data))

target = "soft"
print("Data instances with %s prescriptions:" % target)
atts = data.domain.attributes
for d in data:
    if d.get_class() == target:
        print(" ".join(["%14s" % str(d[a]) for a in atts]))

Perhatikan bahwa data adalah objek yang menyimpan data dan informasi di domain. Kita telah melihat di atas cara mengakses atribut dan nama class, tetapi ada lebih banyak informasi di sana, termasuk pada jenis fitur, set nilai untuk fitur kategorikal, dan lainnya.

Menyimpan Data

Objek data dapat disimpan ke file:

>>> data.save("new_data.tab")
>>>

Kali ini, kami harus menyediakan ekstensi file untuk menentukan format output. Ekstensi untuk format data Orange asli adalah ".tab". Kode berikut hanya menyimpan item data dengan myope perscription:

import Orange

data = Orange.data.Table("lenses")
myope_subset = [d for d in data if d["prescription"] == "myope"]
new_data = Orange.data.Table(data.domain, myope_subset)
new_data.save("lenses-subset.tab")

Kami telah membuat tabel data baru dengan mengirimkan informasi tentang struktur data (data.domain) dan subset instance data.

Explorasi Data Domain

Tabel data menyimpan informasi tentang instance data serta domain data. Domain menyimpan nama atribut, opsional class, jenisnya, dan, jika kategorikal, nama nilai. Kode berikut:

import Orange

data = Orange.data.Table("imports-85.tab")
n = len(data.domain.attributes)
n_cont = sum(1 for a in data.domain.attributes if a.is_continuous)
n_disc = sum(1 for a in data.domain.attributes if a.is_discrete)
print("%d attributes: %d continuous, %d discrete" % (n, n_cont, n_disc))

print(
    "First three attributes:",
    ", ".join(data.domain.attributes[i].name for i in range(3)),
)

print("Class:", data.domain.class_var.name)

output:

25 attributes: 14 continuous, 11 discrete
First three attributes: symboling, normalized-losses, make
Class: price

Objek Orange sering berperilaku seperti Python list atau dictionary, dan dapat diindeks atau diakses melalui nama fitur:

print("First attribute:", data.domain[0].name)
name = "fuel-type"
print("Values of attribute '%s': %s" % (name, ", ".join(data.domain[name].values)))

output code di atas adalah:

First attribute: symboling
Values of attribute 'fuel-type': diesel, gas

Data Instance

Tabel data menyimpan instance data (atau contoh). Ini dapat diindeks atau dilalui (traversed) seperti Python list. Instance data dapat dianggap sebagai vektor, diakses melalui indeks elemen, atau melalui nama fitur.

import Orange

data = Orange.data.Table("iris")
print("First three data instances:")
for d in data[:3]:
    print(d)

print("25-th data instance:")
print(data[24])

name = "sepal width"
print("Value of '%s' for the first instance:" % name, data[0][name])
print("The 3rd value of the 25th data instance:", data[24][2])

Script di atas menghasilkan output berikut:

First three data instances:
[5.100, 3.500, 1.400, 0.200 | Iris-setosa]
[4.900, 3.000, 1.400, 0.200 | Iris-setosa]
[4.700, 3.200, 1.300, 0.200 | Iris-setosa]
25-th data instance:
[4.800, 3.400, 1.900, 0.200 | Iris-setosa]
Value of 'sepal width' for the first instance: 3.500
The 3rd value of the 25th data instance: 1.900

Dataset Iris yang kami gunakan di atas memiliki empat atribut kontinu. Berikut ini skrip yang menghitung rata-ratanya:

average = lambda x: sum(x) / len(x)

data = Orange.data.Table("iris")
print("%-15s %s" % ("Feature", "Mean"))
for x in data.domain.attributes:
    print("%-15s %.2f" % (x.name, average([d[x] for d in data])))

Script di atas juga menggambarkan pengindeksan instance data dengan objek yang menyimpan fitur; dalam d [x] variabel x adalah objek Orange. Inilah hasilnya:

Feature         Mean
sepal length    5.84
sepal width     3.05
petal length    3.76
petal width     1.20

Kode yang sedikit lebih rumit, tetapi juga lebih menarik, yang menghitung rata-rata per-class:

average = lambda xs: sum(xs) / float(len(xs)) 

data = Orange.data.Table("iris")
targets = data.domain.class_var.values
print("%-15s %s" % ("Feature", " ".join("%15s" % c for c in targets)))
for a in data.domain.attributes:
    dist = [
        "%15.2f" % average([d[a] for d in data if d.get_class() == c]) for c in targets
    ]
    print("%-15s" % a.name, " ".join(dist))

Dari empat fitur, kelopak lebar dan panjang terlihat cukup diskriminatif untuk jenis iris:

Feature             Iris-setosa Iris-versicolor  Iris-virginica
sepal length               5.01            5.94            6.59
sepal width                3.42            2.77            2.97
petal length               1.46            4.26            5.55
petal width                0.24            1.33            2.03

Akhirnya, berikut adalah kode cepat yang menghitung distribusi kelas untuk dataset lainnya:

import Orange
from collections import Counter

data = Orange.data.Table("lenses")
print(Counter(str(d.get_class()) for d in data))

Orange Dataset dan NumPy

Dataset Orange sebenarnya di wrapped oleh NumPy array. Wrapping dilakukan untuk menyimpan informasi tentang nama-nama dan nilai-nilai fitur, dan NumPy array digunakan untuk kecepatan dan kompatibilitas dengan machine learning toolbox yang berbeda, seperti scikit-learning, yang menjadi sandaran Orange. Mari kita tampilkan nilai array ini untuk tiga contoh data pertama dari dataset iris:

>>> data = Orange.data.Table("iris")
>>> data.X[:3]
array([[ 5.1,  3.5,  1.4,  0.2],
       [ 4.9,  3. ,  1.4,  0.2],
       [ 4.7,  3.2,  1.3,  0.2]])
>>> data.Y[:3]
array([ 0.,  0.,  0.])

Perhatikan bahwa kita mengakses array untuk atribut dan class secara terpisah, menggunakan data.X dan data.Y. Nilai rata-rata atribut kemudian dapat dihitung secara efisien dengan:

>>> import np as numpy
>>> np.mean(data.X, axis=0)
array([ 5.84333333,  3.054     ,  3.75866667,  1.19866667])

Kita juga dapat membuat dataset (classless) dari numpy array:

>>> X = np.array([[1,2], [4,5]])
>>> data = Orange.data.Table(X)
>>> data.domain
[Feature 1, Feature 2]

Jika kita ingin memberikan nama yang bermakna bagi atribut, kita perlu membuat domain data yang sesuai:

>>> domain = Orange.data.Domain([Orange.data.ContinuousVariable("lenght"),
                                 Orange.data.ContinuousVariable("width")])
>>> data = Orange.data.Table(domain, X)
>>> data.domain
[lenght, width]

Berikut adalah contoh lain, kali ini dengan konstruksi dataset yang mencakup numeric class dan berbagai jenis atribut:

size = Orange.data.DiscreteVariable("size", ["small", "big"])
height = Orange.data.ContinuousVariable("height")
shape = Orange.data.DiscreteVariable("shape", ["circle", "square", "oval"])
speed = Orange.data.ContinuousVariable("speed")
domain = Orange.data.Domain([size, height, shape], speed)

X = np.array([[1, 3.4, 0], [0, 2.7, 2], [1, 1.4, 1]])
Y = np.array([42.0, 52.2, 13.4])

data = Orange.data.Table(domain, X, Y)
print(data)

Menjalankan script ini akan menghasilkan:

[[big, 3.400, circle | 42.000],
 [small, 2.700, oval | 52.200],
 [big, 1.400, square | 13.400]

Meta Attribute

Seringkali, kita ingin memasukkan deskriptive field dalam data yang tidak akan digunakan dalam perhitungan apa pun (estimasi jarak, pemodelan), tetapi akan berfungsi untuk identifikasi atau informasi tambahan. Ini disebut atribut meta, dan ditandai dengan meta di baris header ketiga:

name	hair	eggs	milk	backbone	legs	type
string	d	d	d	d	d	d
meta						class
aardvark	1	0	1	1	4	mammal
antelope	1	0	1	1	4	mammal
bass	0	1	0	1	0	fish
bear	1	0	1	1	4	mammal

Nilai atribut meta dan semua atribut lainnya (non-meta) diperlakukan serupa di Orange, tetapi disimpan dalam array numpy yang terpisah:

>>> data = Orange.data.Table("zoo")
>>> data[0]["name"]
>>> data[0]["type"]
>>> for d in data:
    ...:     print("{}/{}: {}".format(d["name"], d["type"], d["legs"]))
    ...:
aardvark/mammal: 4
antelope/mammal: 4
bass/fish: 0
bear/mammal: 4
>>> data.X
array([[ 1.,  0.,  1.,  1.,  2.],
       [ 1.,  0.,  1.,  1.,  2.],
       [ 0.,  1.,  0.,  1.,  0.],
       [ 1.,  0.,  1.,  1.,  2.]]))
>>> data.metas
array([['aardvark'],
       ['antelope'],
       ['bass'],
       ['bear']], dtype=object))

Atribut meta akan diteruskan ke Orange.data.Table setelah menyediakan array untuk nilai atribut dan class:

from Orange.data import Table, Domain
from Orange.data import ContinuousVariable, DiscreteVariable, StringVariable
import numpy as np

X = np.array([[2.2, 1625], [0.3, 163]])
Y = np.array([0, 1])
M = np.array([["houston", 10], ["ljubljana", -1]])

domain = Domain(
    [ContinuousVariable("population"), ContinuousVariable("area")],
    [DiscreteVariable("snow", ("no", "yes"))],
    [StringVariable("city"), StringVariable("temperature")],
)
data = Table(domain, X, Y, M)
print(data)

Output script:

[[2.200, 1625.000 | no] {houston, 10},
 [0.300, 163.000 | yes] {ljubljana, -1}

Untuk membangun domain classless, kita bisa memasukan None untuk nilai class.

Missing Value

Pertimbangkan eksplorasi dataset berikut tentang vote pada senat US:

>>> import numpy as np
>>> data = Orange.data.Table("voting.tab")
>>> data[2]
[?, y, y, ?, y, ... | democrat]
>>> np.isnan(data[2][0])
True
>>> np.isnan(data[2][1])
False

Contoh data termasuk didalamnya data yang hilang (diwakili dengan ‘?’) Untuk atribut pertama dan keempat. Dalam file dataset asli, nilai-nilai yang hilang, secara default, diwakili dengan ruang kosong. Kita sekarang dapat memeriksa setiap atribut dan melaporkan proporsi instance data yang fitur ini tidak terdefinisi:

data = Orange.data.Table("voting.tab")
for x in data.domain.attributes:
    n_miss = sum(1 for d in data if np.isnan(d[x]))
    print("%4.1f%% %s" % (100.0 * n_miss / len(data), x.name))

Tiga baris pertama dari output skrip ini adalah:

 2.8% handicapped-infants
11.0% water-project-cost-sharing
 2.5% adoption-of-the-budget-resolution

Satu baris yang melaporkan jumlah instance data dengan setidaknya satu nilai yang hilang adalah:

>>> sum(any(np.isnan(d[x]) for x in data.domain.attributes) for d in data)
203

Data Selection dan Sampling

Selain nama file data, Orange.data.Table dapat menerima domain data dan list item data dan mengembalikan sebagai dataset baru. Ini berguna untuk setiap subset data:

data = Orange.data.Table("iris.tab")
print("Dataset instances:", len(data))
subset = Orange.data.Table(data.domain, [d for d in data if d["petal length"] > 3.0])
print("Subset size:", len(subset))

Output code ini:

Dataset instances: 150
Subset size: 99

dan inherit deskripsi data (domain) dari dataset asli. Mengubah domain memerlukan pengaturan deskriptor domain baru. Fitur ini berguna untuk segala jenis pemilihan fitur:

data = Orange.data.Table("iris.tab")
new_domain = Orange.data.Domain(
    list(data.domain.attributes[:2]),
    data.domain.class_var
)
new_data = Orange.data.Table(new_domain, data)

print(data[0])
print(new_data[0])

Kita juga dapat membuat sampel acak dataset:

>>> sample = Orange.data.Table(data.domain, random.sample(data, 3))
>>> sample
[[6.000, 2.200, 4.000, 1.000 | Iris-versicolor],
 [4.800, 3.100, 1.600, 0.200 | Iris-setosa],
 [6.300, 3.400, 5.600, 2.400 | Iris-virginica]
]

atau sampel acak dari atribut:

>>> atts = random.sample(data.domain.attributes, 2)
>>> domain = Orange.data.Domain(atts, data.domain.class_var)
>>> new_data = Orange.data.Table(domain, data)
>>> new_data[0]
[5.100, 1.400 | Iris-setosa]

Referensi

• https://docs.biolab.si//3/data-mining-library/tutorial/data.html

Pranala Menarik

• Orange