心电图心跳信号多分类预测-特征提取（三）_心电图信号数据特征获取

1.时间序列数据特征预处理

1.1 代码示例

1.1.1. 导入包

# 包导入
import pandas as pd
import numpy as np
import tsfresh as tsf
from tsfresh import extract_features, select_features
from tsfresh.utilities.dataframe_functions import impute
# 数据读取
data_train = pd.read_csv("./data/train.csv")
data_test_A = pd.read_csv("./data/testA.csv")

print(data_train.shape)
print(data_test_A.shape)
1
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10
11
12

data_train.head()
1

data_test_A.head()
1

1.1.2 数据预处理

# 对心电特征进行行转列处理，同时为每个心电信号加入时间步特征time
train_heartbeat_df = data_train["heartbeat_signals"].str.split(",", expand=True).stack()
train_heartbeat_df = train_heartbeat_df.reset_index()
train_heartbeat_df = train_heartbeat_df.set_index("level_0")
train_heartbeat_df.index.name = None
train_heartbeat_df.rename(columns={"level_1":"time", 0:"heartbeat_signals"}, inplace=True)
train_heartbeat_df["heartbeat_signals"] = train_heartbeat_df["heartbeat_signals"].astype(float)

train_heartbeat_df
1
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7
8
9

# 将处理后的心电特征加入到训练数据中，同时将训练数据label列单独存储
data_train_label = data_train["label"]
data_train = data_train.drop("label", axis=1)
data_train = data_train.drop("heartbeat_signals", axis=1)
data_train = data_train.join(train_heartbeat_df)
1
2
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5

data_train[data_train["id"]==1]
1

每个样本的心电特征都有205个时间步的心电信号组成。

1.1.3 使用 tsfresh 进行时间序列特征处理

1. 特征抽取
   Tsfresh（TimeSeries Fresh） 是一个Python第三方工具包。 它可以自动计算大量的时间序列数据的特征。此外，该包还包含了特征重要性评估、特征选择的方法，因此，不管是基于时序数据的分类问题还是回归问题，tsfresh都会是特征提取的一个选择。官方文档：Introduction — tsfresh 0.17.1.dev24+g860c4e1 documentation

这里用了提取了部分特征：

from tsfresh.feature_extraction import extract_features, MinimalFCParameters

train_features = extract_features(data_train, column_id='id', column_sort='time'，default_fc_parameters=MinimalFCParameters())
train_features
1
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4

全部特征：

from tsfresh.feature_extraction import extract_features

train_features = extract_features(data_train, column_id='id', column_sort='time')
train_features
1
2
3
4
5

特征选择 train_features中包含了heartbeat_signals的779种常见的时间序列特征，这其中有的特征可能为NaN值（产生原因为当前数据不支持此类特征的计算），使用以下方式去除NaN值：

python from tsfresh.utilities.dataframe_functions import impute
impute(train_features_from_file)
1
2

接下来，按照特征和响应变量之间的相关性进行特征选择，这一过程包含两步：首先单独计算每个特征和响应变量之间的相关性，然后利用Benjamini-Yekutieli procedure进行特征选择，决定哪些特征可以被保留。

from tsfresh import select_features

# 按照特征和数据label之间的相关性进行特征选择
train_features_filtered = select_features(train_features_from_file, data_train_label)

train_features_filtered

1
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5
6
7

接下来按照特征和响应变量之间的相关性进行特征选择，这一过程包含两步：

首先单独计算每个特征和响应变量之间的相关性，然后利用Benjamini-Yekutieli procedure 进行特征选择，决定哪些特征可以被保留。

from tsfresh import select_features

# 按照特征和数据label之间的相关性进行特征选择
train_features_filtered = select_features(train_features, data_train_label)

train_features_filtered
1
2
3
4
5
6

经过特征选择，留下了700个特征。