【2023钉钉杯复赛】A题智能手机用户监测数据分析 Python代码分析

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1 题目

一、问题背景

近年来，随着智能手机的产生，发展到爆炸式的普及增长，不仅推动了中国智能手机市场的发展和扩大，还快速的促进手机软件的开发。近年中国智能手机市场品牌竞争进一步加剧，中国超越美国成为全球第一大智能手机市场。手机软件日新月异，让人们更舒适的使用手机，为人们的生活带来很多乐趣，也产生了新的群体“低头一族”。手机软件进入人们的生活，游戏、购物、社交、资讯、理财等等APP吸引着、方便着现代社会的人们，让手机成为人们出门的必备物品。

该数据来自某公司某年连续30天的4万多智能手机用户的监测数据，已经做了脱敏和数据变换处理。每天的数据为1个txt文件，共10列，记录了每个用户（以uid为唯一标识）每天使用各款APP（以appid为唯一标识）的起始时间，使用时长，上下流量等。具体说明见表1。此外，有一个辅助表格app_class.csv，共两列。第一列是appid,给出4000多个常用APP所属类别（app_class）,比如：社交类、影视类、教育类等，用英文字母a-t表示，共20个常用得所属类别，其余APP不常用，所属类别未知。

表 1

变量编号	变量名	释义
1	uid	用户的id
2	appid	APP的id（与app_class文件中的第一列对应）
3	app_type	APP类型：系统自带、用户安装
4	start_day	使用起始天，取值1-30（注：第一天数据的头两行的使用起始天取值为0，说明是在这一天的前一天开始使用的）
5	start_time	使用起始时间
6	end_day	使用结束天
7	end_time	使用结束时间
8	duration	使用时长（秒）
9	up_flow	上行流量
10	down_flow	下行流量

二、解决问题

APP使用情况预测分析:要研究的问题是通过用户的APP使用记录预测用户未来是否使用APP所属类型（app_class），以及对应的具体类型(appid)（多重分类问题）

（一）对用户使用APP的情况进行预测，根据用户第1~15天的常用所属20 类APP的使用情况，建立一个模型来预测用户在16~30天会使用哪些类的APP，给出预测结果和真实结果相比的准确率。（注：测试集不能参与到训练和验证中，否则作违规处理）

（二）对用户使用APP的使用时长进行预测，根据用户第1_{15天的常用所属20类APP的使用情况，建立一个模型来预测用户在16}30天对于每一类APP的有效日均使用时长。评价指标选用NMSE. （注：测试集不能参与到训练和验证中，否则作违规处理）

由于APP数量众多，总量多达几万，绝大多数市场占用率极低，因此仅使用app_class.csv文件中给出的4000多个常用的并且用户数超过10个APP进行推荐。通过每个用户30天的手机app使用情况，建立一个推荐系统模型，对每一个用户推荐app，并且给出推荐系统模型的详细描述，推荐系统使用的模型参数量，以及对推荐系统的预测结果进行评价。

2 思路分析

2.1 问题一

在初赛的基础上，重新训练模型，重新预测一遍就行。

2.2 问题二

这是一个推荐系统开发的问题。

数据预处理：对数据进行清洗和预处理，包括去除重复值、缺失值填充、异常值处理、特征工程等。
特征提取：从数据中提取有用的特征，包括用户的历史使用记录、app所属类别、app类型等。
模型选择：基于内容的推荐、协同过滤推荐、深度学习推荐等推荐模型。
模型训练：将预处理后的数据输入到所选的机器学习模型中进行训练，得到模型参数。
模型评估：对训练好的模型进行评估，如准确率、召回率、F1值等。
模型优化：根据评估结果进行模型参数的调整和优化，模型改进、模型融合等方法。

我们可以考虑使用协同过滤推荐模型，模型参数包括用户偏好矩阵和物品偏好矩阵，参数量取决于用户和物品的数量。对于推荐系统的预测结果进行评价，可以使用交叉验证或者留出法等方法进行评估。

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3 Python实现

3.1 数据预处理

import pandas as pd
import os
from tqdm import tqdm
import warnings
warnings.filterwarnings("ignore")
tqdm.pandas()

# 合并数据1-30天的数据
folder_path = '初赛数据集/'
dfs = []
for filename in os.listdir(folder_path):
    if filename.endswith('.txt'):
        csv_path = os.path.join(folder_path, filename)
        tempdf = pd.read_csv(csv_path)
        dfs.append(tempdf)

folder_path = '复赛数据集/'
for filename in os.listdir(folder_path):
    if filename.endswith('.txt'):
        csv_path = os.path.join(folder_path, filename)
        tempdf = pd.read_csv(csv_path)
        dfs.append(tempdf)
df = pd.concat(dfs,axis=0)
df.shape

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

# 数据清洗
df.loc[df['start_day'] == 0, 'start_day'] = 1  # 将使用起始天为0的行，修改为1
df['start_time'] = pd.to_datetime(df['start_time'])  # 转换为datetime类型
df['end_time'] = pd.to_datetime(df['end_time'])  # 转换为datetime类型
df['usage_time'] = (df['end_time'] - df['start_time']) / pd.Timedelta(minutes=1)  # 使用时长（分钟）
df['up_flow_mb'] = df['up_flow'] / 1024 / 1024  # 上行流量（MB）
df['down_flow_mb'] = df['down_flow'] / 1024 / 1024  # 下行流量（MB）
df = df[df['duration'] != 0]  # 剔除使用时长为0的行
df = df[df['up_flow'] != 0]  # 剔除上行流量为0的行
df = df[df['down_flow'] != 0]  # 剔除下行流量为0的行
df

# 剔除使用时长和流量明显异常的行
# 剔除使用时长小于10秒的行
df = df[df['usage_time'] >= 10]
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(10, 5))
axs[0].hist(df['usage_time'])
axs[0].set_title('Usage Time')
axs[0].set_xlabel('Time (minutes)')
axs[1].hist(df['up_flow_mb'])
axs[1].set_title('Up Flow')
axs[1].set_xlabel('Up Flow (MB)')
axs[2].hist(df['down_flow_mb'])
axs[2].set_title('Down Flow')
axs[2].set_xlabel('Down Flow (MB)')
plt.show()

# APP分类信息（可根据app_id和app_class文件进行关联）
cate_df_1 = pd.read_csv('初赛数据集/app_class.csv',header=None)
cate_df_2 = pd.read_csv('复赛数据集/app_class.csv',header=None)
cate_df = pd.concat([cate_df_1,cate_df_2],axis=0)
cate_df.columns = ['appid','letter']
# 定义字母编码映射字典
char_map = {
    
    chr(i + 96): i for i in range(1, 27)}
# 将'letter'列中的字母进行编码
cate_df['letter'] = cate_df['letter'].map(char_map)
cate_dict = dict(zip(cate_df['appid'],cate_df['letter']))
df['category'] = df['appid'].map(cate_dict)
df.to_excel('data/复赛数据集1-30day.xlsx',index=False)

3.2 推荐模型建立与评价

...略，请下载完整资料:betterbench.top/#/106/detail