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特徵工程心法

「Garbage in, garbage out.」業界 DS 約 80% 時間在這裡。Kaggle 賽到後段，大家都用 LightGBM，贏的是特徵工程。好特徵往往勝過複雜模型。

數值型特徵

縮放（線性模型/NN/SVM/KNN 需要；樹模型不用）

from sklearn.preprocessing import StandardScaler, MinMaxScaler, RobustScaler
# StandardScaler：均值0、標準差1 —— 通用首選
# MinMaxScaler ：縮到 [0,1] —— 需固定範圍輸入（如 NN）
# RobustScaler ：用中位數與 IQR —— 有異常值時

面試常考

樹模型不需要標準化——CART 分裂只看閾值（大小順序），與絕對數值無關。線性模型靠 w·x，尺度差太大會讓梯度偏向大數值特徵、收斂慢又跑歪。

分箱（Binning）

連續變數切成類別（年齡→兒童/青年/中年/老年）：處理非線性、降噪、增可解釋性。

變換（Transformation）

Log（處理右偏，如收入/人口）、Square root（較溫和）、Box-Cox（自動找最佳變換）。

類別型特徵

編碼 做法 適用 / 注意
One-Hot 每類別一欄 0/1 類別少（<10）；多會維度爆炸
Label 紅→0、黃→1… 有序（學歷）OK；無序給線性模型會誤判大小，樹模型可處理
Target 類別→該類別 target 均值 高基數（郵遞區號/商品 ID）最有用；易 leak，必須 CV-based
Frequency 類別→出現頻率 高基數的輕量替代

缺失值

策略：刪除（缺失 >50% 考慮）、填均值/中位數（隨機缺失）、填眾數（類別）、填特殊值（−999/「未知」讓模型自學）、模型預測填補（MICE）、保留缺失當特徵。

業界領悟

加一個 is_missing 布林旗標常有奇效——缺失本身可能就是訊號（沒填收入的人行為模式本就不同）。

時間特徵

從 datetime 抽：年/月/日/時/星期幾、是否週末/假日、距某重要日幾天。周期性用 sin/cos（讓 23 點與 0 點在數值上相近）： 

df['hour_sin'] = np.sin(2*np.pi*df['hour']/24)
df['hour_cos'] = np.cos(2*np.pi*df['hour']/24)

特徵交互

兩特徵組出新特徵：BMI = 體重 / 身高²、座標×距離…—業務領悟常在這裡贏。

特徵選擇

  • 過濾式（Filter）：刪低變異、用相關係數/互信息選前 N；快但不看交互。
  • 包裝式（Wrapper）：RFE 遞迴消除；慢但考慮與模型互動。
  • 嵌入式（Embedded）：L1 正則化（不重要係數歸零）、樹模型 feature importance。

imbalanced data 常用手法

SMOTE（合成少數類）、上/下採樣、class_weight。

🎤 面試口答

  • 樹模型為何不用標準化、線性要：樹只看大小順序、縮放不改分裂；線性靠 w·x，尺度差會讓梯度偏向大數值特徵。
  • One-Hot 維度爆炸怎麼辦：改 Target Encoding（配 CV 防 leak）/ Frequency Encoding / NN Embedding；樹模型可用 Label Encoding。
  • 缺失為何有時保留不填：缺失本身是訊號，加 is_missing flag 比填均值更保留資訊。
  • Target Encoding 的 leakage 與防法：用整個訓練集均值 encode 等於看到自己的 label；用 CV-based（每折只用其他折的均值）來防。

📌 延伸：縮放/正則化見〈ML 面試核心觀念〉，端到端的 Pipeline 防 leakage 見〈Géron Ch1–9 重點整理〉。