2022钉钉杯初赛A题（银行卡电信诈骗危险预测）

题目以及数据自取：
链接：https://pan.baidu.com/s/1UkzMxcsHOryGJotaXkYObQ?pwd=1234
提取码：1234

一、题目

1、问题背景

数字支付正在发展，但网络犯罪也在发展。电信诈骗案件持续高发，消费者受损比例持续走高。报告显示，64%的被调查者曾使用手机号码同时注册多个账 户，包括金融类账户、社交类账户和消费类账户等，其中遭遇过电信诈骗并发生损失的比例过半。用手机同时注册金融类账户及其他账户，如发生信息泄露，犯罪分子更易接管金融支付账户盗取资金。
随着移动支付产品创新加快，各类移动支付在消费群体中呈现分化趋势，第三方支付的手机应用丰富的场景受到年轻人群偏爱，支付方式变多也导致个人信息也极易被不法分子盗取。根据数据泄露指数，每天有超过 500 万条记录被盗，这一令人担忧的统计数据表明 - 对于有卡支付和无卡支付类型的支付，欺诈仍然非常普遍。
在今天的数字世界，每天有数万亿的银行卡交易发生，检测欺诈行为的发生 是一个严峻挑战。

2、数据描述

该数据来自一些匿名的数据采集机构，数据共有七个特征和一列类标签。下面对数据特征进行一些简单的解释（每列的含义对我们来说并不重要，但对于机 器学习来说，它可以很容易地发现含义。它有点抽象，但并不需要真正了解每个功能的真正含义。只需了解如何使用它以便您的模型可以学习。许多数据集，尤 其是金融领域的数据集，通常会隐藏一条数据所代表的内容，因为它是敏感信息。 数据所有者不想让他人知道，并且数据开发人员从法律上讲也无权知道）

属性	描述
distance_from_home	银行卡交易地点与家的距离；
distance_from_last_transaction	与上次交易发生的距离；
ratio_to_median_purchase_price	近一次交易与以往交易价格中位数的比率；
repeat_retailer	交易是否发生在同一个商户；
used_chip	是通过芯片（银行卡）进行的交易；
used_pin_number	交易时是否使用了 PIN 码；
online_order	是否是在线交易订单；
fraud	诈骗行为（分类标签）；

二、数据预处理

import pandas as pd
data=pd.read_csv('card_transdata.csv')
data.head(10)

1、列数据类型和缺失值汇总

# 列数据类型和缺失值汇总
data.info()

2、查看数据整体描述

data.describe() # 查看数据整体描述

data.isnull().sum()

根据以上输出可以看到，没有缺失值

3、使用箱型图查看异常值

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns  # 可视化w
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 用来正常显示负号

# 绘制不同参数的箱型图
plt.style.use('ggplot')
fig,axes = plt.subplots(1,2)
color = dict(boxes='DarkGreen', whiskers='DarkOrange',
              medians='DarkBlue', caps='Red')
# boxes表示箱体，whisker表示触须线
# medians表示中位数，caps表示最大与最小值界限
 
data[['distance_from_home', 'distance_from_last_transaction',
]].plot(kind='box',ax=axes,subplots=True,
                              title='异常值箱型图检测',color=color,sym='r+', figsize=(26,44) ,fontsize=13)
# sym参数表示异常值标记的方式
axes[0].set_ylabel()
axes[1].set_ylabel()
fig.subplots_adjust(wspace=2,hspace=2)  # 调整子图之间的间距
# fig.savefig("p1.png")    # 将绘制的图片保存为p1.png

从上图可以看出：distance_from_home、distance_from_last_transaction、ratio_to_median_purchase_price中异常值较多，repeat_retailer、used_chip,used_pin_number、online_order是二分类的类别特征。

3、对二分类属性进行分析

对诈骗行为做类别分析：0和1分别表示一种欺诈行为，属于二分类。

data.fraud.value_counts()

(data.fraud.value_counts()/len(data))*100

• 标签0的比例为91.2598%
• 标签1的比例为8.7403%

4、绘制相关系数图

df.corr() 计算列的成对相关性。相关性显示两个变量如何相互关联。正值显示一个变量增加，其他变量也增加。 负值表示一个变量增加另一个变量减少。值越大，两个变量的相关性越强，反之亦然。

使用皮尔逊系数计算列与列的相关性：

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.font_manager import FontProperties
myfont=FontProperties(fname=r'C:\Windows\Fonts\simhei.ttf',size=40)
sns.set(font=myfont.get_name(), color_codes=True)
#corr = df.corr(method='pearson')  # 使用皮尔逊系数计算列与列的相关性
#corr = df.corr(method='kendall')  # 肯德尔秩相关系数
#corr = df.corr(method='spearman') # 斯皮尔曼秩相关系数
data_corr = data.corr(method='pearson')  # 使用皮尔逊系数计算列与列的相关性
plt.figure(figsize=(20,15))#figsize可以规定热力图大小
fig=sns.heatmap(data_corr,annot=True,fmt='.2g')#annot为热力图上显示数据；fmt='.2g'为数据保留两位有效数字
fig
fig.get_figure().savefig('dingding_corr.png')#保留图片

分析：交易到家里的距离（distance_from_home）与近一次交易与以往交易价格中位数的比率（ratio_to_median_purchase_price）关系最大为0.19，几乎可以说没啥关系了。其它的甚至都有负数。

所以分析出这些变量之间是没有相互影响关系。

三、解决问题

问题如下：

（1) 使用多种用于数据挖掘的机器学习模型对给定数据集进行建模；
（2) 对样本数据进一步挖掘分析，通过交叉验证、网格调优对不同模型的参数进行调整，寻找最优解，将多个最优模型进行进一步比较；
（3) 通过对 precision（预测精度）、recall（召回率）、f1-score（F1 分 数值）进行计算，给出选择某一种预测模型的理由；
（4) 将模型性能评价通过多种作图方式进行可视化

1、第一问

from sklearn.model_selection import train_test_split  # 将数据拆分为训练/测试

X = data.drop('fraud', axis=1)
y = data['fraud']

from sklearn.model_selection import train_test_split
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size = 0.20) #8：2的比例
X_train

数据的80%作为训练集，20%作为测试集。

由于不同变量之间相差较大，考虑使用标准化

建立模型：

from sklearn.preprocessing import StandardScaler
sc = StandardScaler()
# 只需要对输入的值x缩放
X_train = sc.fit_transform(X_train)
X_test = sc.transform(X_test)

【1】决策树

#导入决策树算法
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
# entropy参数表示信息增益。使用信息增益方法从数据集中构建一棵树。
model = DecisionTreeClassifier(criterion='entropy', random_state=0)
# 训练
model.fit(X_train,y_train)

y_pred = model.predict(X_test)# 预测
y_pred 

# 导入准确度分数方法
from sklearn.metrics import accuracy_score
# 计算准确度
accuracy_score(y_pred,y_test)

【2】其他模型

由于要使用多种模型，这里再试试其他的模型：

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
# 正常显示中文
from pylab import mpl
mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
# 正常显示符号
from matplotlib import rcParams
rcParams['axes.unicode_minus']=False
 
from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.linear_model import LinearRegression
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
#Linear Regression
from sklearn import linear_model
model_LinearRegression = linear_model.LinearRegression()
#Decision Tree Regressor
from sklearn import tree
model_DecisionTreeRegressor = tree.DecisionTreeRegressor()
#SVM Regressor
from sklearn import svm
model_SVR = svm.SVR()
#K Neighbors Regressor
from sklearn import neighbors
model_KNeighborsRegressor = neighbors.KNeighborsRegressor()
#Random Forest Regressor
from sklearn import ensemble
model_RandomForestRegressor = ensemble.RandomForestRegressor(n_estimators=20)
#Adaboost Regressor
from sklearn import ensemble
model_AdaBoostRegressor = ensemble.AdaBoostRegressor(n_estimators=50)
#Gradient Boosting Random Forest Regressor
from sklearn import ensemble
model_GradientBoostingRegressor = ensemble.GradientBoostingRegressor(n_estimators=100)
#bagging Regressor
from sklearn.ensemble import BaggingRegressor
model_BaggingRegressor = BaggingRegressor()
#ExtraTree Regressor
from sklearn.tree import ExtraTreeRegressor
model_ExtraTreeRegressor = ExtraTreeRegressor()

#线性回归
model = LinearRegression()
model.fit(X_train, y_train)
print('线性回归')
print(model.score(X_test,y_test))

# 决策树回归
model = model_DecisionTreeRegressor
model.fit(X_train, y_train)
print('决策树回归')
print(model.score(X_test,y_test))

# k近邻回归
model = model_KNeighborsRegressor
model.fit(X_train, y_train)
print('k近邻回归')
print(model.score(X_test,y_test))

# Adaboost 回归
model = model_AdaBoostRegressor
model.fit(X_train, y_train)
print('Adaboost回归')
print(model.score(X_test,y_test))

# Randomforest回归
model =model_RandomForestRegressor
model.fit(X_train, y_train)
print('Randomforest回归')
print(model.score(X_test,y_test))

综上：决策树和随机森林的模型正确率最好，还可以试试其他的模型。

2、第二问

第二问：这里使用决策树

model.feature_importances_
[*zip(features,model.feature_importances_)]

查看所有参数的重要程度表：

【1】参数重要性可视化

将参数的重要性进行可视化：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import random
# 准备数据
x_data = [features]
y_data = [model.feature_importances_]
# 正确显示中文和负号
plt.rcParams["font.sans-serif"] = ["SimHei"]
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False
# 画图，plt.bar()可以画柱状图
for i in range(len(x_data)):
	plt.barh(x_data[i],y_data[i])
plt.title("参数重要性分析")
plt.xlabel("重要性")
plt.ylabel("参数")
plt.show()

【2】观察不同max_depth下拟合状况

利用学习曲线观察深度是多少的时候能得到最好的：

import matplotlib.pyplot as plt
test=[]
for i in range(10):
    clf=tree.DecisionTreeClassifier(max_depth=i+1 # 1-10层
                                    ,criterion="entropy"
                                    ,random_state=30
                                    ,splitter="random"
                                   )
    clf=model.fit(X_train,y_train)
    score=model.score(X_test,y_test) # 分别计算测试集上面的表现 
    test.append(score)
plt.plot(range(1,11),test,color="red",label="max_depth")
plt.legend()
plt.show() 

应该是由于数据量比较大，所以使用决策树训练出来的模型很好~

【3】用网格搜索调整参数

网格搜索：
它是通过遍历给定的参数组合来优化模型表现的方法。网格搜索从候选参数集合中，选出一系列参数并把他们组合起来，得到候选参数列表。然后遍历参数列表，把候选参数放在模型中，计算得到该参数组合的得分。而后再从候选参数列表中，选择得分最高的参数，作为模型的最优参数。

# 用网格搜索调整参数，枚举参数
import numpy as np
gini_thresholds = np.linspace(0,0.5,20)

parameters = {
    
    'splitter':('best','random')
            ,'criterion':("gini","entropy")
            ,"max_depth":[*range(1,10)]
            ,'min_samples_leaf':[*range(1,50,5)]
            ,'min_impurity_decrease':[*np.linspace(0,0.5,20)]
            }
clf = DecisionTreeClassifier(random_state=25)
GS = GridSearchCV(clf, parameters, cv=10)
GS.fit(X_train,y_train)
GS.best_params_

3、第三问

这里还是以决策树训练的模型为例：

# 导入准确度分数方法
from sklearn.metrics import accuracy_score
# 计算准确度
accuracy_score(y_pred,y_test)

来解释一下上面这张图怎么看：这是sklearn提供的分类报告功能。
sklearn中的classification_report函数用于显示主要分类指标的文本报告。在报告中显示每个类的精确度，召回率，F1值等信息。
1、precision：精确率，意思是预测为x的样本中，有多少被正确预测为x。
2、recall：召回率，意思是实际为x的类别中，有多少预测为x。
3、f1-score： F1值，是精确度和召回率的调和平均值。
4、support：支持，也就是说真实结果中有多少是该类别。可以看到有91279个样本是0类别，8721个样本是1类别。

4、第四问（以决策树为例绘图）

没有调整参数的情况下，画的图有很多层：

from sklearn import tree 
# 画树
features=['distance_from_home', 'distance_from_last_transaction',
       'ratio_to_median_purchase_price', 'repeat_retailer', 'used_chip',
       'used_pin_number', 'online_order',]

import graphviz 
dot_data=tree.export_graphviz(model,feature_names=features
                             ,class_names=["nofraud","fraud"]
                             ,filled=True
                             ,rounded=True)
graph=graphviz.Source(dot_data)
graph

图片太大了，这里放一个缩略图：

由第二问可知，树的层数不重要，因为准确率都是100%，因此选取前三层绘图：

clf=tree.DecisionTreeClassifier(criterion="entropy"
                               ,random_state=30
                               ,splitter="random"
                               ,max_depth=3 # 树只留3层
                               )
clf=clf.fit(X_train,y_train)
dot_data=tree.export_graphviz(clf
                             ,feature_names=features
                             ,class_names=["yes","no"]
                             ,filled=True
                             ,rounded=True)
graph=graphviz.Source(dot_data)
graph

#同样，我们也可以可视化测试数据集形成的决策树。
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier, plot_tree
clf = DecisionTreeClassifier()
plt.figure(figsize=(40,20))
# 提供测试集训练
clf = clf.fit(X_test, y_test)
plot_tree(clf, filled=True)
plt.title("测试集训练决策树可视化")
plt.show()