在處理真實的資料集的時候，我們經常會遇見一個或多個的類別資料的特徵。類別資料可以被分為標稱特徵(nominal feature)和有序特徵(ordinal feature)。有序特徵指的是類別的值是有序的或者是可以排序的，例如，衣服的尺碼S、M、X、XL、XXL...就是屬於有序特徵。再例如，衣服的顏色，黑色、藍色、白色、黃色...這些就屬於標稱特徵。

一、有序特徵的對映

我們可以將有序特徵裝換成為整數，整數包含一定的順序。沒有一個合適的方法可以自動將尺寸特徵轉換成為正確的順序，所以我們需要手動來指定相應的對映關係。例如，S:1，M:2，X:3，我們可以利用pandas的map方法來實現。

import pandas as pd

if __name__ == "__main__":
    #定義衣服尺寸的對映關係
    size_mapping = {"S":1,"M":2,"X":3,"XL":4}
    #定義一個DataFrame資料
    data = pd.DataFrame([
        ["green","S",100],
        ["blue", "M", 110],
        ["red", "X", 120],
        ["black", "XL", 130]
    ])
    #設定列名
    data.columns = ["color","size","price"]
    #對size列的類別資料進行對映
    data["size"] = data["size"].map(size_mapping)
    print(data)
 

二、類標的編碼

許多的機器學習演算法都要求將類標換成整數值來進行處理。對於類標進行編碼與之前對於有序特徵的對映有所不同，類標並不要求是有序的，對於特定的字串類標賦予哪個整數值給它對於我們來說並不重要，所以在對於類標進行編碼的時候我們可以使用列舉的方式從0開始設定類標。

import pandas as pd
import numpy as np

if __name__ == "__main__":
    # 定義一個DataFrame資料
    data = pd.DataFrame([
        ["green", "S", 100,"label1"],
        ["blue", "M", 110,"label2"],
        ["red", "X", 120,"label3"],
        ["black", "XL", 130,"label4"]
    ])
    # 設定列名
    data.columns = ["color", "size", "price","label"]
    #通過列舉獲取類標與整數之間的對映關係
    label_mapping = {label:idx for idx,label in enumerate(np.unique(data["label"]))}
    print(label_mapping)
    #對label列進行對映
    data["label"] = data["label"].map(label_mapping)
    print(data)
 

通過下面的方法可以將整數類標還原為字串

    inv_label_mapping = {v:k for k,v in label_mapping.items()}
    data["label"] = data["label"].map(inv_label_mapping)
    print(data)

還可以通過sklearn的LabelEncoder類來實現類標的編碼

import pandas as pd
import numpy as np
from sklearn.preprocessing import LabelEncoder

if __name__ == "__main__":
    # 定義一個DataFrame資料
    data = pd.DataFrame([
        ["green", "S", 100,"label1"],
        ["blue", "M", 110,"label2"],
        ["red", "X", 120,"label3"],
        ["black", "XL", 130,"label4"]
    ])
    # 設定列名
    data.columns = ["color", "size", "price","label"]
    class_label = LabelEncoder()
    data["label"] = class_label.fit_transform(data["label"].values)
    print(data)
 

通過sklearn的inverse_transform方法可以將整數類標還原為原始的字串

    data["label"] = class_label.inverse_transform(data["label"])
    print(data)

三、標稱特徵上的獨熱編碼(one-hot encoding)

我們對上面衣服的顏色特徵進行編碼，將顏色對映為{"green":0,"blue":1,"red":2,"black":3}。看起來這樣對映好像沒什麼問題，真的沒有問題嗎？實則不然，我們這樣對映實際上給顏色強加了一個大小關係，即black>red>blue>green，實際上顏色是不存在這種關係的，很顯然結果肯定也不是最優的。這時，我們可以通過獨熱編碼(one-hot encoding)來解決這一類問題。獨熱編碼是通過建立一個新的虛擬特徵，虛擬特徵的每一列各代表標稱資料的一個值。例如，顏色一共有四個取值green、blue、red、black，獨熱編碼是通過四位二進位制來表示，如果是green就表示為[1,0,0,0]，對應的顏色是[green,blue,red,black]，如果屬於哪一種顏色，則取值為1，否則為0。

使用sklearn的OneHotEncoder實現OneHot編碼

import pandas as pd
import numpy as np
from sklearn.preprocessing import LabelEncoder
from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder

if __name__ == "__main__":
    # 定義一個DataFrame資料
    data = pd.DataFrame([
        ["green", "S", 100, "label1"],
        ["blue", "M", 110, "label2"],
        ["red", "X", 120, "label3"],
        ["black", "XL", 130, "label4"]
    ])
    # 設定列名
    data.columns = ["color", "size", "price", "label"]
    X = data[["color", "price"]].values
    #通過類標編碼將顏色裝換成為整數
    color_label = LabelEncoder()
    X[:,0] = color_label.fit_transform(X[:,0])
    #設定顏色列使用oneHot編碼
    one_hot = OneHotEncoder(categorical_features=[0])
    print(one_hot.fit_transform(X).toarray())

注意：在使用OneHotEncoder進行OneHot編碼的時候，需要先將字串轉換成為整數之後才能進行OneHot編碼，不然會報錯。

使用pandas來實現oneHot編碼

import pandas as pd
import numpy as np
from sklearn.preprocessing import LabelEncoder
from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder

if __name__ == "__main__":
    # 定義一個DataFrame資料
    data = pd.DataFrame([
        ["green", "S", 100, "label1"],
        ["blue", "M", 110, "label2"],
        ["red", "X", 120, "label3"],
        ["black", "XL", 130, "label4"]
    ])
    # 設定列名
    data.columns = ["color", "size", "price", "label"]
    X = data[["color", "price"]].values
    #pandas的get_dummies方法只對字串列進行轉換，其他的列保持不變
    print(pd.get_dummies(data[["color","price"]]))