基于toad库的信用评分卡建模流程

今天和大家分享一个开源的评分卡神器toad库，功能涵盖数据建模中数据探索、特征分箱、特征筛选、WOE变换、模型训练、模型评估和分数转换的全流程。极大简化了建模中最重要且最费时的流程，即特征筛选和分箱。本次分享侧重使用toad进行傻瓜式的评分卡开发流程介绍，模型效果有待进一步通过特征工程优化，数据源同本公众号推送的《基于XGBoost的反欺诈评分模型》。

一、toad库安装

pip install toad

#pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple toad

二、toad建模流程

1.导入第三方库及数据

import pandas as pd

import numpy as np

import warnings

warnings.filterwarnings('ignore')

import toad

from toad.plot import bin_plot

from toad.metrics import KS, F1, AUC, PSI

from sklearn.model_selection import train_test_split

from sklearn.linear_model import LogisticRegression

data = pd.read_csv(r"./data/insurance/train.csv")

2.数据探索

使用toad.detector.detect()可以进行EDA分析，数值型变量会返回数据类型、缺失率、唯一值、均值、标准差、分位数等，分类型变量会返回数据类型、缺失率、唯一值、top1（占比第一的数据类）等。

#统计描述

toad.detector.detect(data)

toad.detector.getDescribe()可仅对连续变量进行EDA分析。

#连续变量统计描述

toad.detector.getDescribe(data, percentiles=[.2, .5, .8])

#基于出险日期和保险绑定日期做一个差值，并取出出险日期作为单独的字段

date_list = ['policy_bind_date','incident_date']

for val in date_list:

    data[val] = pd.to_datetime(data[val], format = '%Y-%m-%d')

data['detla_time'] = (data['incident_date'] - data['policy_bind_date']).dt.days

#将数字处理成字符

data['picked_month'] = data['incident_date'].dt.month.apply(lambda x: str(x) + '月')

data['property_damage'] = data['property_damage'].map({'?':'nan'})

data['police_report_available'] = data['police_report_available'].map({'?': 'nan'})

data.drop(columns = ['policy_bind_date','incident_date','policy_id'], inplace = True)

object_feature = list(data.select_dtypes(include=['object']).columns)

data = data.drop(columns =object_feature)

target = 'fraud'

Xtr,Xts,Ytr,Yts = train_test_split(data.drop(target,axis=1),data[target],test_size=0.3,random_state=2023)

data_tr = pd.concat([Xtr,Ytr],axis=1)

#增加一列区分训练/测试的特征

data_tr['type'] = 'train'

data_ts = pd.concat([Xts,Yts],axis=1)

data_ts['type'] = 'test'

3.特征选择

toad.quality()查看特征的iv、基尼系数、熵等信息。

#特征筛选

toad.quality(data_tr.drop(columns = 'type'), target)

toad.selection.select()根据缺失率、iv值、多重共线性等因素筛选特征。

#组合不同评价指标设置阈值来筛选特征

s_data, d_data = toad.selection.select(data_tr, target=target, empty = 0.8, iv = 0.02

                                       ,corr = 0.8, return_drop=True, exclude=None)

s_test = data_ts[s_data.columns]

其中，s_data是保留的特征，d_data是不符合条件的特征，可以发现被剔除的特征主要是由于iv值过低和多重共线性引起。

d_data

toad.detector.detect(s_data)

4.分箱工程

toad.transform.Combine对数值型变量和分类型变量进行分箱，支持卡方、决策树、百分位、等频、等距分箱。

4.1自动分箱

#分箱

##初始化Combiner对象

combiner = toad.transform.Combiner()

##fit数据，确定分箱方法

combiner.fit(s_data, y = target, method = 'chi', min_samples = 0.05, exclude = None)

##以字典的形式保存分箱结果

bins = combiner.export()

bins

4.2分箱结果可视化

#分箱结果可视化

for key, value in bins.items():

    adj_bin = {}

    adj_bin[key] = value

    print(adj_bin)

    c2 = toad.transform.Combiner()

    c2.set_rules(adj_bin)

    temp_data = c2.transform(s_data[[key, target]])

    ##查看各箱体占比

    bin_plot(temp_data,x=key,target=target)

基于以上分箱结果，使用bin_plot()可视化，可以看出insured_zip、witnesses、auto_year等部分特征分箱后的bad_rate不单调，需手动调整分箱进行优化。截图仅列出了部分特征bad_rate。

4.3 手动调整分箱

#insured_zip手动调整分箱

adj_bin1 = {'insured_zip': [445956,589629]}

c2 = toad.transform.Combiner()

c2.set_rules(adj_bin1)

temp_data1 = c2.transform(s_data[['insured_zip', target]])

bin_plot(temp_data1,x='insured_zip',target=target)

手动对insured_zip分箱进行调整，可以看到调整后的分箱bad_rate呈现单调的趋势。

#incident_hour_of_the_day手动调整分箱

adj_bin2 = {'incident_hour_of_the_day': [1, 10]}

c2 = toad.transform.Combiner()

c2.set_rules(adj_bin2)

temp_data1 = c2.transform(s_data[['incident_hour_of_the_day', target]])

bin_plot(temp_data1,x='incident_hour_of_the_day',target=target)

#witnesses手动调整分箱

adj_bin3 = {'witnesses': [1, 2]}

c2 = toad.transform.Combiner()

c2.set_rules(adj_bin3)

temp_data1 = c2.transform(s_data[['witnesses', target]])

bin_plot(temp_data1,x='witnesses',target=target)

#vehicle_claim手动调整分箱

adj_bin4 = {'vehicle_claim': [19969, 56467]}

c2 = toad.transform.Combiner()

c2.set_rules(adj_bin4)

temp_data1 = c2.transform(s_data[['vehicle_claim', target]])

bin_plot(temp_data1,x='vehicle_claim',target=target)

#auto_year手动调整分箱

adj_bin5 = {'auto_year': [2004, 2011]}

c2 = toad.transform.Combiner()

c2.set_rules(adj_bin5)

temp_data1 = c2.transform(s_data[['auto_year', target]])

bin_plot(temp_data1,x='auto_year',target=target)

#detla_time手动调整分箱

adj_bin6 = {'detla_time': [4189]}

c2 = toad.transform.Combiner()

c2.set_rules(adj_bin6)

temp_data1 = c2.transform(s_data[['detla_time', target]])

bin_plot(temp_data1,x='detla_time',target=target)

4.4 分箱转化

#WOE转换

for adj_bin in [adj_bin1,adj_bin2,adj_bin3,adj_bin4,adj_bin5,adj_bin6]:

    #设置分箱号

    combiner.set_rules(adj_bin)

    #将特征值转换为分箱的箱号

    binne_data = combiner.transform(s_data)

    #计算woe

    transer = toad.transform.WOETransformer()

    #对woe值进行转换，训练集用fit_transform，测试集用transform

    data_train_woe = transer.fit_transform(binne_data, binne_data[target], exclude = target)

    data_test_woe = transer.transform(combiner.transform(s_test))

binne_data.head(3)

5.模型训练

toad.selection.stepwise()通过前向、后向、双向选择来进行特征筛选，可使用aic、bic、ks、auc作为选择标准。

#模型特征选择

final_data = toad.selection.stepwise(data_train_woe, target = target

                                     ,direction='both', criterion= 'aic')

final_test = data_test_woe[final_data.columns]

print(final_data.shape)

print(final_test.shape)

print(final_data.columns)

#训练集测测试集

Xtr = final_data.drop(target,axis=1)

Ytr = final_data[target]

Xts = final_test.drop(target,axis=1)

Yts = final_test[target]

#训练集测试集变量间的稳定性

toad.metrics.PSI(Xtr,Xts)

#模型训练

lr = LogisticRegression(random_state=2023)

lr.fit(Xtr, Ytr)

#模型评估

##训练集预测

EYtrain_proba = lr.predict_proba(Xtr)[:,1]

EYtrain = lr.predict(Xtr)

##常用的评估指标有F1、KS、AUC

print('train_F1:', F1(EYtrain_proba, Ytr))

print('train_KS:', KS(EYtrain_proba,Ytr))

print('train_AUC:', AUC(EYtrain_proba,Ytr))

##测试集评估

EYtest_proba = lr.predict_proba(Xts)[:,1]

EYtest = lr.predict(Xts)

print('Test error')

print('test_F1:', F1(EYtest_proba,Yts))

print('test_KS:', KS(EYtest_proba,Yts))

print('test_AUC:', AUC(EYtest_proba,Yts))

#模型稳定性

PSI(EYtrain_proba,EYtest_proba)

toad.metrics.KS_bucket()输出模型预测分箱后的评判信息，包括每组分数区间、样本量、坏账率、KS等。

#训练集等频分箱，观察每组区别

train_bucket = toad.metrics.KS_bucket(EYtrain_proba,Ytr,bucket=10,method='quantile')

train_bucket

#测试集等频分箱，观察每组区别

test_bucket = toad.metrics.KS_bucket(EYtest_proba,Yts,bucket=10,method='quantile')

test_bucket

6.评分卡导出

将combiner和traner对象以及模型的超参数传入toad.scorecard.ScoreCard()，就能返回每个特征对应的分数。其中，默认基准分750，且当比率为基准比率2倍时，基准分下降60分。

#评分卡分数变换

card = toad.scorecard.ScoreCard(combiner = combiner, transer = transer , C = 1, random_state=2023)

card.fit(Xtr, Ytr)

card.export(to_frame = True)

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