Estoy tratando de entender cómo puedo obtener la importancia de la característica de una variable categórica que se ha desglosado en variables ficticias. Estoy usando scikit-learn que no maneja las variables categóricas como lo hacen R o h2o.
Si descompongo una variable categórica en variables ficticias, obtengo importancias de características separadas por clase en esa variable.
Mi pregunta es, ¿tiene sentido recombinar esas importancias de las variables ficticias en un valor de importancia para una variable categórica simplemente sumándolas?
De la página 368 de The Elements of Statistical Learning:
La importancia relativa al cuadrado de la variable $X_{}$ es la suma de dichas mejoras al cuadrado sobre todos los nodos internos para los que se eligió como variable de división
Esto me hace pensar que, dado que el valor de importancia ya se crea sumando una métrica en cada nodo en el que se selecciona la variable, debería poder combinar los valores de importancia de las variables ficticias para "recuperar" la importancia para la variable categórica. Por supuesto, no espero que sea exactamente correcto, pero estos valores son realmente valores exactos de todos modos, ya que se encuentran a través de un proceso aleatorio.
He escrito el siguiente código python (en jupyter) como investigación:
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import animation, rc
from sklearn.datasets import load_diabetes
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
import re
#%matplotlib inline
from IPython.display import HTML
from IPython.display import set_matplotlib_formats
plt.rcParams['figure.autolayout'] = False
plt.rcParams['figure.figsize'] = 10, 6
plt.rcParams['axes.labelsize'] = 18
plt.rcParams['axes.titlesize'] = 20
plt.rcParams['font.size'] = 14
plt.rcParams['lines.linewidth'] = 2.0
plt.rcParams['lines.markersize'] = 8
plt.rcParams['legend.fontsize'] = 14
# Get some data, I could not easily find a free data set with actual categorical variables, so I just created some from continuous variables
data = load_diabetes()
df = pd.DataFrame(data.data, columns=[data.feature_names])
df = df.assign(target=pd.Series(data.target))
# Functions to plot the variable importances
def autolabel(rects, ax):
"""
Attach a text label above each bar displaying its height
"""
for rect in rects:
height = rect.get_height()
ax.text(rect.get_x() + rect.get_width()/2.,
1.05*height,
f'{round(height,3)}',
ha='center',
va='bottom')
def plot_feature_importance(X,y,dummy_prefixes=None, ax=None, feats_to_highlight=None):
# Find the feature importances by fitting a random forest
forest = RandomForestClassifier(n_estimators=100)
forest.fit(X,y)
importances_dummy = forest.feature_importances_
# If there are specified dummy variables, combing them into a single categorical
# variable by summing the importances. This code assumes the dummy variables were
# created using pandas get_dummies() method names the dummy variables as
# featurename_categoryvalue
if dummy_prefixes is None:
importances_categorical = importances_dummy
labels = X.columns
else:
dummy_idx = np.repeat(False,len(X.columns))
importances_categorical = []
labels = []
for feat in dummy_prefixes:
feat_idx = np.array([re.match(f'^{feat}_', col) is not None for col in X.columns])
importances_categorical = np.append(importances_categorical,
sum(importances_dummy[feat_idx]))
labels = np.append(labels,feat)
dummy_idx = dummy_idx | feat_idx
importances_categorical = np.concatenate((importances_dummy[~dummy_idx],
importances_categorical))
labels = np.concatenate((X.columns[~dummy_idx], labels))
importances_categorical /= max(importances_categorical)
indices = np.argsort(importances_categorical)[::-1]
# Plotting
if ax is None:
fig, ax = plt.subplots()
plt.title("Feature importances")
rects = ax.bar(range(len(importances_categorical)),
importances_categorical[indices],
tick_label=labels[indices],
align="center")
autolabel(rects, ax)
if feats_to_highlight is not None:
highlight = [feat in feats_to_highlight for feat in labels[indices]]
rects2 = ax.bar(range(len(importances_categorical)),
importances_categorical[indices]*highlight,
tick_label=labels[indices],
color='r',
align="center")
rects = [rects,rects2]
plt.xlim([-0.6, len(importances_categorical)-0.4])
ax.set_ylim((0, 1.125))
return rects
# Create importance plots leaving everything as categorical variables. I'm highlighting bmi and age as I will convert those into categorical variables later
X = df.drop('target',axis=1)
y = df['target'] > 140.5
plot_feature_importance(X,y, feats_to_highlight=['bmi', 'age'])
plt.title('Feature importance with bmi and age left as continuous variables')
#Create an animation of what happens to variable importance when I split bmi and age into n (n equals 2 - 25) different classes
# %%capture
fig, ax = plt.subplots()
def animate(i):
ax.clear()
# Split one of the continuous variables up into a categorical variable with i balanced classes
X_test = X.copy()
n_categories = i+2
X_test['bmi'] = pd.cut(X_test['bmi'],
np.percentile(X['bmi'], np.linspace(0,100,n_categories+1)),
labels=[chr(num+65) for num in range(n_categories)])
X_test['age'] = pd.cut(X_test['age'],
np.percentile(X['age'], np.linspace(0,100,n_categories+1)),
labels=[chr(num+65) for num in range(n_categories)])
X_test = pd.get_dummies(X_test, drop_first=True)
# Plot the feature importances
rects = plot_feature_importance(X_test,y,dummy_prefixes=['bmi', 'age'],ax=ax, feats_to_highlight=['bmi', 'age'])
plt.title(f'Feature importances for {n_categories} bmi and age categories')
ax.spines['top'].set_visible(False)
ax.spines['right'].set_visible(False)
ax.spines['bottom'].set_visible(False)
ax.spines['left'].set_visible(False)
return [rects,]
anim = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=24, interval=1000)
HTML(anim.to_html5_video())Estos son algunos de los resultados:
Podemos observar que la importancia de la variable depende sobre todo del número de categorías, lo que me lleva a cuestionar la utilidad de estos gráficos en general. Especialmente la importancia de age alcanzando valores mucho más altos que su contraparte continua.
Y por último, un ejemplo si las dejo como variables ficticias (sólo bmi):
# Split one of the continuous variables up into a categorical variable with i balanced classes
X_test = X.copy()
n_categories = 5
X_test['bmi'] = pd.cut(X_test['bmi'],
np.percentile(X['bmi'], np.linspace(0,100,n_categories+1)),
labels=[chr(num+65) for num in range(n_categories)])
X_test = pd.get_dummies(X_test, drop_first=True)
# Plot the feature importances
rects = plot_feature_importance(X_test,y, feats_to_highlight=['bmi_B','bmi_C','bmi_D', 'bmi_E'])
plt.title(f"Feature importances for {n_categories} bmi categories")
