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GPC-Encoder/gpc_encoder.py
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seung6lee 838e7e1354 Add GPCEncoder.py and main.py
main.py is a code that analysis the accuracy between various encoders.
2026-01-08 23:56:43 +09:00

99 lines
4.1 KiB
Python

# Import
import numpy as np
import pandas as pd
# Define functions
def make_random_projection_matrix(K: int, d: int, rng: np.random.Generator) -> np.ndarray:
"""
K차원 -> d차원으로 줄이는 랜덤 투영 행렬 R (shape: K x d)
- gaussian: N(0, 1)/sqrt(d)
"""
R = rng.normal(0.0, 1.0, size=(K, d)) / np.sqrt(d)
return R
# Define GPC Encoder (Geoemetry Preserving Category Encoder)
def gpc_encoder(
X_train: pd.DataFrame, X_test: pd.DataFrame, cat_cols: list[str], d: int = 16, r: float = 1.0, seed: int = 42,) -> tuple[pd.DataFrame, pd.DataFrame]:
"""
train 기준으로 각 cat_col의 'category -> vector' 매핑을 만들고
train/test 모두 동일 매핑으로 변환한 뒤, d차원 벡터를 컬럼으로 펼쳐 반환.
"""
rng = np.random.default_rng(seed)
Xtr_num = X_train.drop(columns=cat_cols)
Xte_num = X_test.drop(columns=cat_cols)
tr_blocks = [Xtr_num]
te_blocks = [Xte_num]
for col in cat_cols:
# (중요) 결측을 하나의 범주로 처리해 매핑 일관성 유지
tr = X_train[col].astype("object")
te = X_test[col].astype("object")
# 4.1 (train 기준) 범주 목록 확정
cats = pd.unique(tr)
K = len(cats)
if K < 2:
# 범주가 1개면 분리 정보가 없으니 상수 벡터로 처리
const_vec = np.zeros(d, dtype=float)
const_vec[0] = r
mapping = {cats[0]: const_vec}
fallback = const_vec
else:
# 4.1 e_i: K차원 표준기저를 직접 만들 필요는 없지만,
# 수식 흐름을 그대로 반영하기 위해 I(K)를 사용한다.
I = np.eye(K, dtype=float) # e_i 들이 행(row)로 들어있다고 보면 됨
ones = np.ones((K,), dtype=float) / K # (1/K)*1 벡터
# 4.2 u_i: 중심을 원점으로(평행이동) -> u_i = e_i - (1/K)1
U = I - ones[None, :] # shape (K, K)
# 4.3 v_i: 길이를 r로 맞추는 스케일
# ||u_i|| = sqrt((K-1)/K) 이므로, v_i = r * sqrt(K/(K-1)) * u_i
scale = r * np.sqrt(K / (K - 1))
V = scale * U # shape (K, K), 각 row가 v_i
# 4.4 Random Projection: K -> d
# (컬럼별로 다른 R을 쓰고 싶으면 col별 seed를 섞음)
col_seed = int(rng.integers(0, 2**31 - 1))
R = make_random_projection_matrix(K=K, d=d, rng=np.random.default_rng(col_seed))
Z = V @ R # shape (K, d)
# 5.4 투영 후 다시 길이를 r로 맞춤(정규화)
norms = np.linalg.norm(Z, axis=1, keepdims=True)
Z = (Z / norms) * r
# 5.5 category -> vector 매핑 테이블 생성
mapping = {cat: Z[i] for i, cat in enumerate(cats)}
# unseen category 처리용 fallback (중립 벡터: 평균 후 정규화)
mean_vec = Z.mean(axis=0)
mv = np.linalg.norm(mean_vec)
if mv < 1e-12:
tmp = np.random.default_rng(col_seed).normal(size=d)
mean_vec = (tmp / np.linalg.norm(tmp)) * r
else:
mean_vec = (mean_vec / mv) * r
fallback = mean_vec
# (train/test) 변환: 값 -> 벡터 -> 컬럼 펼치기
def to_matrix(series: pd.Series) -> np.ndarray:
out = np.zeros((len(series), d), dtype=float)
for i, v in enumerate(series):
out[i] = mapping.get(v, fallback)
return out
Ztr = to_matrix(tr)
Zte = to_matrix(te)
new_cols = [f"{col}__gpce_{j}" for j in range(d)]
tr_blocks.append(pd.DataFrame(Ztr, columns=new_cols, index=X_train.index))
te_blocks.append(pd.DataFrame(Zte, columns=new_cols, index=X_test.index))
Xtr_out = pd.concat(tr_blocks, axis=1)
Xte_out = pd.concat(te_blocks, axis=1)
return Xtr_out, Xte_out