机器学习，如何理解sklearn的独热编码器OneHotEncoder？

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在本文中，苏南大叔准备讲解一下sklearn比较常用的独热编码器，英文名是OneHotEncoder。独热编码主要用于分类特征的各个取值之间是无序的情况，各种特征之间理论上并没有顺序或者大小的关系。但是为了机器学习，可能还是需要把这些特征的取值进行数字化。

苏南大叔的“程序如此灵动”博客，记录苏南大叔的编程学习故事。本文测试环境：win10，python@3.12.0，scikit-learn@1.3.2。

独热编码器

下面的内容是网络上关于One-Hot编码的解释：

One-Hot编码，又称为一位有效编码，主要是采用N位状态寄存器来对N个状态进行编码，每个状态都由他独立的寄存器位，并且在任意时候只有一位有效。
One-Hot编码是分类变量作为二进制向量的表示。这首先要求将分类值映射到整数值。然后，每个整数值被表示为二进制向量，除了整数的索引之外，它都是零值，它被标记为1。

苏南大叔的理解上：

• 不同的特征值越多，所需要的值长度越多。有多少特征值，就会有多长的编码结果。
• 某个特征的最终编码结果里面，位数为count(所有特征值)，其中只有一个为1，其余都是0。
• 所有特征值按顺序排序后，其编码结果也是有规律的。1【从左到右】依次转移。
• 随着特征值的不断增多，编码结果也会不断变化，其结果也会大量增加。所以...

测试代码

from sklearn import preprocessing  
one = preprocessing.OneHotEncoder()
X = [
    ["老许", 3, "cat"],
    ["虎子", 5, "dog"],
    # ["二赖子", 3, "dog"],
    # ["老白", 8, "cat"],
    # ["小黑", 10, "dog"],
]
one.fit(X)
print(one.transform([["虎子",5,"dog"]]).toarray())
# [[0. 1. 0. 1. 0. 1.]]
print(one.transform([["老许",5,"dog"]]).toarray())  
# [[1. 0. 0. 1. 0. 1.]]
print(one.inverse_transform([[1,0,0,1,0,1]]))    # [['老许' 5 'dog']]

字典功能属性 .categories_

虽然没有.classes_属性，但是存在一个类似的.categories_属性。

# print(one.classes_)                            # 'OneHotEncoder' object has no attribute 'classes_'
print(one.categories_)

输出：

[
array(['老许', '虎子'], dtype=object), 
array([3, 5], dtype=object), 
array(['cat', 'dog'], dtype=object)
]

输出项 toarray()

这种OneHotEncoder的编码结果实际是：

a = one.transform([["虎子",5,"dog"]])
print(a,type(a))

输出：

  (0, 1)        1.0
  (0, 3)        1.0
  (0, 5)        1.0 <class 'scipy.sparse._csr.csr_matrix'>

但是通过.toarray()才能看到以前其它编码器的类似结果。

b =  one.transform([["虎子",5,"dog"]]).toarray()
print(b,type(b))

输出：

[[0. 1. 0. 1. 0. 1.]] <class 'numpy.ndarray'>

这个scipy.sparse._csr.csr_matrix类型，留到后续文章说明。

编码顺序

这里的编码顺序，很显然还是按照unicode编码的数字来排序的。

输入项

输入只接受二维数组，不接受一维向量。可以接受二维list/二维ndarray/dataframe。但是，输入是二维ndarray或者dataframe的话，可能会面临变量类型转换的问题。例如：

from sklearn import preprocessing  
one = preprocessing.OneHotEncoder()
X = [
    ["老许", 3, "cat"],
    ["虎子", 5, "dog"],
]

##########################
# 注意这里有转化
##########################

one.fit(X)
print(one.transform([["虎子",5,"dog"]]).toarray())

转化为ndarray：

import numpy as np
X = np.array(X)

转化为dataframe:

import pandas as pd
X = pd.DataFrame(X)

都会报错：

ValueError: Found unknown categories ['5'] in column 1 during transform

实际上就是数字5被强制转化为字符串5，所导致的问题。但是，这并不是说dataframe或者ndarray不能转化为独热。而是可能会有一些类型上的变化，可能会做一些简单的变化。

其它结论

• 输入只接受二维数组，不接受一维向量。可以接受二维list/二维ndarray/dataframe。
• 既然输入项是二维的，则一样不存在.classes_了。会报错：
• 这个OneHotEncoder的编码结果可以翻转，倒是很意外的事情。毕竟0和1的组合还是很多的。

后续内容

如果某一列定义了CategoricalDtype，那么独热码结果还是会有较大的变化。这种情况待后续补充。

相关文章

• https://newsn.net/say/sklearn-label-encoder.html
• https://newsn.net/say/sklearn-ordinal-encoder.html

结语

苏南大叔的更多sklearn的机器学习文章，请参考苏南大叔的文章：

• https://newsn.net/tag/sklearn/

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