Данные

Outliers

Выбросы

актуальноТекущий рабочий стандарт

Направления: Машинное обучение · Классический ML

Наблюдения, резко отличающиеся от остальных. Они бывают ошибками измерения, а бывают самым ценным сигналом.

Ключевые тезисы

  • Методы обнаружения: z-score, IQR, , LOF, расстояние Махаланобиса.
  • Линейные модели и крайне чувствительны к выбросам, деревья — почти нет.
  • Прежде чем удалять , стоит понять его природу: в фрод-детекции это и есть цель.

Какую задачу решает

— это наблюдение, резко отличающееся от остальных. Но само по себе это не диагноз: за одинаковой картинкой на графике стоят три разные ситуации — ошибка измерения, редкое но реальное событие и объект из другого распределения, случайно попавший в выборку.

От того, что именно перед вами, зависит действие. Ошибку убирают. Редкое реальное событие часто и есть предмет задачи (мошенничество, поломка) — удалять его значит выбрасывать сигнал. Объект из другого распределения указывает на проблему сбора данных. Автоматическая чистка по правилу «три сигмы» одинаково расправляется со всеми тремя и потому опасна.

Почему три сигмы врут на тяжёлых хвостах

Доходы распределены логнормально. Среднее 80 тысяч, стандартное отклонение 120 тысяч — граница трёх сигм проходит по 440 тысячам, и всё выше объявляется выбросом. Но в логнормальном распределении такие значения совершенно нормальны, их доля может достигать нескольких процентов, и это платёжеспособные клиенты, ради которых вся модель и строится. Правильный ход здесь — не чистка, а логарифмирование : после него распределение становится близким к нормальному, и обычные методы снова работают.

Подробный разбор

2 подтемы — объяснения, формулы, примеры и интерактивные графики.

Обозначения
  • стандартное отклонение — разброс величины
  • среднее значение
  • объект: вектор признаков
Правило трёх сигм работает только для примерно нормальных данных
Метод Тьюки не требует нормальности и устойчив к самим выбросам
  • Isolation Forest — случайные разбиения; отделяется за меньшее число разрезов.
  • LOF — сравнивает локальную плотность объекта с плотностью его соседей.
  • Расстояние Махаланобиса — многомерный аналог z-score, учитывает .

Сначала классифицируйте : это ошибка ввода (возраст 999), редкое, но настоящее наблюдение (зарплата топ-менеджера) или именно то, что вы ищете (мошенническая транзакция).

ТипДействие
Ошибка данныхисправить или превратить в пропуск
Редкое настоящее значениеоставить, но выбрать устойчивую модель или обрезать (winsorize)
Целевое событиене трогать — это и есть сигнал
На практике

Линейные модели и крайне чувствительны к выбросам, деревья почти нет. Иногда правильный ответ — не чистить данные, а сменить на или Huber.

-3-1130246ошибка y − ŷпотериMSEMAEHuber
MSE4.00
MAE2.00
Huber1.50
Задача
MSE растёт квадратично: один объект с ошибкой 10 весит как сто объектов с ошибкой 1

Где применяется

  • Чистка ошибок измеренияВозраст 200 лет, отрицательная цена — это баг, а не наблюдение.
  • Подготовка к линейным моделямМНК крайне чувствителен к выбросам: одна точка способна развернуть прямую.
  • Обнаружение проблем сбораКластер почти всегда указывает на сломанный источник или изменившийся формат.
  • Сама задачаВ антифроде и — это цель, а не помеха.

Плюсы, минусы и альтернативы

Плюсы

  • Устранение ошибок измерения улучшает модель заметно и сразу.
  • Винсоризация ограничивает влияние, не теряя наблюдений.
  • Анализ часто вскрывает проблемы в пайплайне сбора данных.

Минусы

  • Автоматическая чистка удаляет редкие реальные события — то есть сигнал.
  • Границы отсечения произвольны и требуют обоснования.
  • На тяжёлых хвостах формальные правила помечают выбросом до 5–10% нормальных данных.
  • Чистка на всей выборке до разбиения — тихая утечка.

Брать, если

  • Значение физически невозможно — это ошибка, её надо убрать.
  • Модель чувствительна к выбросам (, , ).

Не брать, если

  • Редкие события — предмет задачи: , мошенничество, катастрофы.
  • Данные заведомо с (доходы, размеры городов, трафик) — там «» и есть распределение.
  • Модель — : он к выбросам в почти безразличен.

Чем заменяют

Видеолекции

Записи университетских курсов, где эта тема звучит. Ссылка открывает запись с той секунды, где о ней говорят, — искать по трёхчасовой лекции не нужно.

Связанные темы

Тяжёлые хвосты и риск · Подготовка данных · Аномалии и выбросы

Power Law75%

Степенное распределение · Теория вероятностей и распределения

Плотность убывает как степень: редкие события встречаются намного чаще, чем предсказывает нормальный закон. Распределения Парето и Ципфа — его классические формы.

Heavy Tails75%

Тяжёлые хвосты · Теория вероятностей и распределения

Распределения, у которых экстремальные значения не являются пренебрежимо редкими. Именно они ломают привычные оценки и метрики.

Extreme Value Theory75%

Теория экстремальных значений · Теория вероятностей и распределения

Аппарат для моделирования максимумов и хвостов: как оценить вероятность события, которого ещё не случалось.

Log-normal Distribution75%

Логнормальное распределение · Теория вероятностей и распределения

Величина, логарифм которой нормален. Возникает там, где эффекты перемножаются, а не складываются.

Complex Systems75%

Сложные системы · Динамические системы и фракталы

Системы из множества взаимодействующих элементов, где коллективное поведение не сводится к сумме частей.

Self-similarity75%

Самоподобие · Динамические системы и фракталы

Свойство структуры повторять себя на разных масштабах — точно или статистически.

Scale-free Networks75%

Безмасштабные сети · Графы и сети

Сети, в которых распределение степеней вершин подчиняется степенному закону: немного «хабов» и очень много слабо связанных вершин.

MAPE75%

Средняя абсолютная процентная ошибка · Метрики

Относительная ошибка в процентах — удобна для сравнения рядов разного масштаба.

Data preprocessing75%

Предобработка данных · Данные

Приведение сырых данных к виду, пригодному для обучения: типы, форматы, дубликаты, согласованность единиц измерения.

Missing values75%

Пропущенные значения · Данные

Пропуски бывают случайными и неслучайными — от механизма зависит, можно ли их просто заполнить.

Encoding75%

Кодирование категорий · Данные

Перевод категориальных признаков в числа: one-hot, ordinal, target encoding, хеширование, эмбеддинги.

Normalization & Standardization75%

Нормализация и стандартизация · Данные

Приведение признаков к сопоставимым масштабам, без которого расстояния, градиенты и регуляризация работают некорректно.

Feature engineering75%

Конструирование признаков · Данные

Создание признаков, в которых закономерность становится линейно отделимой или просто более заметной для модели.

ML Pipelines75%

ML-пайплайны · MLOps

Оформление обучения как воспроизводимой последовательности шагов вместо разрозненных ноутбуков.

Anomaly Detection70%

Поиск аномалий · Обучение без учителя

Выделение объектов, не похожих на основную массу данных, при отсутствии меток.

Anomaly detection70%

Поиск аномалий во времени · Временные ряды

Обнаружение точечных выбросов, сдвигов уровня и аномальных подпоследовательностей.

Autoencoders70%

Автоэнкодеры · Глубокое обучение

Сеть учится восстанавливать вход через узкое место, получая сжатое представление.

Density Estimation70%

Оценка плотности · Обучение без учителя

Восстановление распределения данных: где объекты встречаются часто, а где почти никогда.

TDA + Time Series70%

TDA и временные ряды · Топологический анализ данных

Ряд вкладывается в фазовое пространство (Такенс), и топология полученного облака описывает динамику системы.

Тема в работе целиком

Разбор архитектуры, где эта тема — один из кирпичей: требования, развилки, цифры и режимы отказа.

Следующий шагТема в работе: Телеметрия с битыми датчикамиСквозной разбор архитектуры, где эта тема — один из кирпичей: требования, бюджет, развилки и режимы отказа.Перейти →

Глава «Данные» последний раз правилась . Нашли ошибку — напишите.