2.1.3 特征工程

特征工程是什么？

数据和特征决定了机器学习的上限，模型和算法只是逼近这个上限。

特征工程定义

特征工程是指在机器学习中，在数据准备阶段之后，在构建模型和算法训练之前，对已经经过预处理的原始数据进一步提取和选择（数据的）（对本次任务）有效的特征，以供模型和算法来使用。

顾名思义，特征工程是一种工程活动，有很多对数据的处理在一定程度上都可以算法是特征工程，比方说数据清洗、数据选择、数据构造、数据提取等。

所谓数据的特征，被抽象出来的信息，可以被机器或人类加以利用和识别。机器学习如何识别人脸，我们需要为机器学习汇总和整理好人脸的特征，交给机器来学习，这就是特征工程需要做的事情。

本质对数据的降维

把“数据样本”拆解为“多个特征的组合”的过程就是降维的过程。例如把图片分解为像素，进而意识到像素就是50x50个像素点，每一个像素都是一个维度，就是对图像数据的降维；再比如，对立方体的关键点进行取样，而不是整个立方体取样，也是一种降维，亦即抓住主要特征、能够在数学上足够定义一个立方体的数据点来描述一个立方体，而不是对立方体空间内的所有点取样。

特征工程的基本方法

特征工程非常依赖实践，在项目实战中学习特征工程才最有效。

特征提取

在特征选择之前，对原始数据提取（转换），“自动”构建新的特征，即具有明显物理意义或统计意义的特征，例如文本处理当中的词袋模型。后续在实战项目中会详细讲到。

深度学习每一个隐藏层就相当于是在对数据特征进行提取，只是每一层都是在进行不同层次的提取。在后续实战项目中会看到，浅层是边缘特征，深层是整体轮廓特征。

特征选择

在数据集中，从特征集合中选择出有用的子集，就是特征选择。

主要目的是为了去除无关特征，降低学习任务的难度，模型也会变得简单，降低复杂度。

这会牺牲一部分性能，但这就是取舍，模型复杂度和性能职之间的取舍。

特征构建

人工构建新的特征，观察原始数据，洞察力和分析能力，思考问题的潜在形式和数据结构，主要是混合、组合、分解、切分，需要对业务领域和数据来源非常熟悉。完全人为的人工构建数据特征。例如日期分拆为年月日或者极度，语音数据映射到频域等