提分策略：数据采样方法最全总结！

背景

数据采样很多人都听过，书上亦或是博客上面，但并不是每个人在实践中都会用到，按实践经验来讲，原始数据包含了所有的信息，我们随意增加数据亦或者是删除数据，完全是没有必要的操作。那为什么要采样？又有哪些采样策略？这些策略又大概能带来什么帮助呢？怎么做？需要注意什么？本文对数据采样做个简单的汇总。有些是个人理解(例如伪标签等)，可能存在些许小的争议，大家按自己理解参考融入自己知识体系即可。

采样策略汇总

1.随机降采样

常见使用场景

2.模型训练验证：在很多问题中我们的数据量是巨大的，例如搜索推荐等问题，我们的用户数都是上亿的，这个时候我们的数据动则上几十亿，做完特征之后可能都会上PB级别，这个时候如果还是采用全量数据训练的话，那么可能一个模型需要一周甚至更久才会看到效果，这样的迭代速度往往是不能接受的，所以我们需要不断的采样，在保证我们线下有提升的同时线上全量时也有提升；

操作

直接随机sample，亦或是直接截取topN%的数据。

注意

模型训练预测时，先做特征再采样再集成。

2.Tomek Links采样

模型训练：该方法一般个人很少在数据分析时使用，往往是在模型训练的时候，Tomek Links会将决策边界附近的样本剔除，整理出一个看上去更加易于分割的决策边界。在模型训练的时候有尝试过，效果略有下降，有兴趣的朋友可以自己尝试一下。

操作

python的imblearn中有TomekLinks采样。

注意

无

3.基于聚类中心的采样

数据分析：该方法思路很简单，就是先聚类然后用聚类中心作为采样的点代表整个类中的样本，比如100个样本聚类成了10个，那么就可以用10个点来代表这100个样本，从而达到降采样的作用。一般用作数据分析可视化相对较好，用于模型训练可能效果会差一些。

操作

python的imblearn中有ClusterCentroids采样。

注意

无

4.时间序列采样

时间验证分析:几乎所有涉及到时间的问题，例如推荐问题，销量预测，流量预测等问题在线下验证的时候都需要按照时间顺序进行划分，因为存在较强的时间关系，如果使用未来的信息肯定会导致穿越问题，带来线上线下不一致，导致所有线下的实验都是白努力。所以如果应用在工业实践中，必须在做任何特征工程之前就将数据进行拆分，然后再进行特征建模。

操作

直接按照某个特定的时间轴进行切分即可，选择python里面也有TimeSeriesSplit等函数。

注意

某些特殊节假日等数据考虑剔除最好。

5.分组采样

防止穿越:也可以认为是防止穿越的一种,例如我们用户一次在一个页面中只会点击一个商品，而如果我们随机采样线下训练验证的话，就会出现一个页面中的不同item被分配到训练集和验证集中，这个时候我们只要发现训练集中的item有被点击的情况，那么在验证集中的样本肯定就是没有点击的，而这明显是出现了穿越，出现了我们的验证分数虚高的情况，所以此时按照页面进行分组采样时更好更靠谱的选择。

操作

目前python的采样策略中已经有现成的分组采样包GroupKFold，直接调用即可。

注意

无

6.分层采样

数据验证:举个例子，训练集合有三个城镇的数据，A城镇有100万样本，B城镇有10万样本，C城镇有1万样本，测试集的比例类似。这个时候我们需要对其进行分析验证，如果随机采样训练验证，会出现我们把C城镇的样本全部采样到了训练集合里面，那么此时我们的验证的分数和测试的分数相差较大，而且五折的时候因为采样的问题折折的gap也不是很稳定。这个时候分层采样就十分重要了。

操作

目前python的采样策略中已经有现成的分层采样包，直接调用即可。

注意

无

7.简单过采样

常见使用场景

操作

很简单，直接random一定比例拷贝即可。

注意

过采样不同的比例训练模型预测再进行集成往往效果更好。

8.SMOTE过采样

常见使用场景

操作

目前python自带SMOTE函数,直接调用即可。

注意

无

9.翻转裁剪等数字图像处理常见方案

数字图像处理：这是一种数据扩充的方案，通过翻转，裁剪等操作来处理图片从而扩充数据样本。

操作

目前python里面处理图像的函数中一般都自带。

注意

无

10.GAN生成对抗样本

11.人工采样or外部数据

常见使用场景

可以拿到相关数据的所有场景。现在有很多数据是可以通过外部数据得到的，比如很多标注图片，还有一些数据是可以通过人工进行收集的，比如一些手机的行为等数据。

操作

上网或者自行收集。

注意

无

12.伪标签

常见使用场景

操作

参见之前的伪标签技术。

注意

可多轮迭代，需要微调置信度。

参考文献

1. Strategies for Addressing Class Imbalance:https://medium.com/@ODSC/strategies-for-addressing-class-imbalance-5b31b73f7b6f
2. The 5 Sampling Algorithms every Data Scientist need to know：https://towardsdatascience.com/the-5-sampling-algorithms-every-data-scientist-need-to-know-43c7bc11d17c
3. https://scikit-learn.org/stable/modules/classes.html#module-sklearn.model_selection
4. Tackling Class imbalance：https://www.kaggle.com/shahules/tackling-class-imbalance
5. Learning from Imbalanced Classes：https://www.svds.com/learning-imbalanced-classes/
6. Dealing with Imbalance Data：https://medium.com/@patiladitya81295/dealing-with-imbalance-data-1bacc7d68dff
7. Resampling strategies for imbalanced datasets：https://www.kaggle.com/rafjaa/resampling-strategies-for-imbalanced-datasets