주성분 분석 sklearn PCA 예제

 

PCA 주성분 분석¶

전처리

import pandas as pd
from sklearn.datasets import load_iris

iris = load_iris()
iris = pd.DataFrame(iris.data, columns=iris.feature_names)
iris['Class']=load_iris().target
iris['Class']=iris["Class"].map({0:"Setosa",1:"Versiolour",2:"Virginica"})

iris.head()

	sepal length (cm)	sepal width (cm)	petal length (cm)	petal width (cm)	Class
0	5.1	3.5	1.4	0.2	Setosa
1	4.9	3.0	1.4	0.2	Setosa
2	4.7	3.2	1.3	0.2	Setosa
3	4.6	3.1	1.5	0.2	Setosa
4	5.0	3.6	1.4	0.2	Setosa

PCA를 수행하기전 스케일 차이가 영향을 주는것을 방지하기 위해 사용한다.

x=iris.drop(columns='Class')
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
x = StandardScaler().fit_transform(x)
pd.DataFrame(x).head()

	0	1	2	3
0	-0.900681	1.019004	-1.340227	-1.315444
1	-1.143017	-0.131979	-1.340227	-1.315444
2	-1.385353	0.328414	-1.397064	-1.315444
3	-1.506521	0.098217	-1.283389	-1.315444
4	-1.021849	1.249201	-1.340227	-1.315444

from sklearn.decomposition import PCA

pca = PCA(n_components=4) # 생성할 주성분의 갯수
pca_fit = pca.fit(x)

# 여기에서는 X의 갯수가 최대 4개 이기 때문에 4개이다.
# 적당한 주성분값은 아래에서 다시 정하도록 한다.

# 전체 데이터에서 해당 모델로 설명할 수 있는 분산의 비율

pca.singular_values_ 

array([20.92306556, 11.7091661 ,  4.69185798,  1.76273239])

# 전체 데이터에서 각 주성분이 설명할 수 있는 분산의 비율

pca.explained_variance_ratio_

array([0.72962445, 0.22850762, 0.03668922, 0.00517871])

import matplotlib.pyplot as plt

plt.plot(pca.explained_variance_ratio_)

[<matplotlib.lines.Line2D at 0x29d4e5ef4f0>]

# 위 그래프에서 기울기가 급격히 감소하는 지점의 직전까지 주성분으로 선택한다.
# 위 그래프에서는 2가 된다.

# 만약 n_components 값이 4보다 작을때 어떻게 되는지 살펴보자

for nn in [1,2,3,4]:
    pca = PCA(n_components=nn)
    pca_fit = pca.fit(x)
    plt.title(nn)
    plt.plot(pca.explained_variance_ratio_,"o-")
    plt.show()

# 결국 최대 4인 경우(iris 의 X의 최대 갯수) 작은 값들도 모두 알 수가 있다.

# 최종 값이 결정되었으면 다시 PCA 데이터를 생성한다

pca = PCA(n_components=2)
pca_fit=pca.fit(x)
pca_tra=pca_fit.transform(x)

pca_irs = pd.DataFrame(data=pca_tra, columns=["pc1","pc2"])

pca_irs.head()

	pc1	pc2
0	-2.264703	0.480027
1	-2.080961	-0.674134
2	-2.364229	-0.341908
3	-2.299384	-0.597395
4	-2.389842	0.646835