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머신러닝과 딥러닝을 사용한 Wine Quality 분류

"머신러닝과 딥러닝을 사용한 Wine Quality 분류"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.12.16 최종저작일 2022.04
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머신러닝과 딥러닝을 사용한 Wine Quality 분류
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    소개

    "머신러닝과 딥러닝을 사용한 Wine Quality 분류"에 대한 내용입니다.

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    본문내용

    분석을 진행하기 전에 각 변수의 특징을 파악 할 필요성이 제기된다.
    설명 변수와 반응변수 항목 설명
    fixed acidity : 고정(비휘발성) 산도: 와인과 관련된 대부분의 산
    volatile acidity : 휘발성 산도: 와인에 함유된 아세트산의 양. 너무 높으면 불쾌한 식초 맛이 날 수 있음
    citric acid : 구연산: 소량으로 발견되며, 와인에 풍미를 더할 수 있음
    residual sugar : 잔여 당분: 발효가 멈춘 후 남은 설탕의 양으로 1g/L 미만의 와인은 드물며 45g/L 이상의 와인은 단맛으로 간주함
    chlorides : 염소화물: 와인의 염분량
    free sulfur dioxide : 유리 이산화황: 미생물의 성장과 와인의 산화를 방지함
    total sulfur dioxide : 총 이산화황: 저농도에서는 대부분 맛이 나지 않으나 50ppm 이상의 농도에서 맛에서 뚜렷하게 나타남
    density : 밀도: 알코올 및 당 함량에 따라 변함
    pH : 산성 또는 염기성 정도. 0(매우 산성) ~ 14(매우 염기성). 대부분의 와인은 pH 3-4 사이임
    sulphates : 황산염: 이산화황 농도에 기여할 수 있는 와인 첨가제. 항균 및 항산화제로 작용
    alcohol : 와인의 알코올 함량 백분율
    quality : 맛으로 평가된 와인의 품질 (score : 0 ~ 10 )

    분석에 사용할 모듈과 패키지를 설치하고 , 분석에 방해가 되는 자료의 결측치의 개수를 확인 한다.
    import numpy as np
    import pandas as pd
    from sklearn.linear_model import LinearRegression
    import matplotlib.pyplot as plt
    import seaborn as sns

    from google.colab import drive
    drive.mount('/content/drive')

    wine = pd.read_csv('/content/winequality-white.csv')
    wine.columns

    wine.shape # 1번
    wine.info() # 2번

    참고자료

    · 없음
  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. 데이터 전처리 및 이상치 제거
      데이터 전처리는 머신러닝 프로젝트의 성공을 좌우하는 가장 중요한 단계입니다. 이상치 제거는 모델의 정확도를 크게 향상시킬 수 있지만, 과도한 제거는 중요한 정보 손실을 초래할 수 있습니다. 따라서 도메인 지식을 바탕으로 신중하게 접근해야 합니다. 통계적 방법과 시각화를 병행하여 이상치를 식별하고, 제거 전에 그 원인을 파악하는 것이 좋습니다. 결측치 처리, 중복 제거, 데이터 타입 변환 등도 함께 고려해야 하며, 이 모든 과정이 체계적으로 문서화되어야 재현성과 투명성을 확보할 수 있습니다.
    • 2. 데이터 정규화 및 스케일링
      정규화와 스케일링은 서로 다른 범위의 특성들을 동등한 수준으로 조정하여 모델 학습을 효율화합니다. 거리 기반 알고리즘이나 그래디언트 기반 최적화에서 특히 중요합니다. Min-Max 스케일링, 표준화, 로그 변환 등 다양한 방법이 있으며, 데이터의 분포와 알고리즘의 특성에 따라 선택해야 합니다. 다만 트리 기반 모델은 스케일링에 민감하지 않으므로 불필요할 수 있습니다. 학습 데이터로 계산한 파라미터를 테스트 데이터에 적용하여 데이터 누수를 방지하는 것이 필수적입니다.
    • 3. 회귀분석을 통한 품질 예측
      회귀분석은 연속형 변수 예측에 가장 기본적이고 해석 가능한 방법입니다. 선형 회귀는 단순하고 빠르지만 비선형 관계를 포착하기 어렵습니다. 다항 회귀나 정규화 기법(Ridge, Lasso)을 활용하면 과적합을 방지할 수 있습니다. 품질 예측의 경우 특성 간 상관관계를 분석하고 중요도를 평가하는 것이 중요합니다. 모델 성능 평가는 R², RMSE, MAE 등 다양한 지표를 종합적으로 고려해야 하며, 잔차 분석을 통해 모델의 가정이 충족되는지 검증해야 합니다.
    • 4. K-NN 분류 알고리즘 적용
      K-NN은 구현이 간단하고 직관적인 비모수 알고리즘으로, 국소적 패턴을 잘 포착합니다. 그러나 계산 비용이 높고 차원의 저주에 취약하다는 단점이 있습니다. K값 선택이 성능에 큰 영향을 미치므로 교차 검증을 통해 최적값을 찾아야 합니다. 거리 메트릭 선택도 중요하며, 특성 스케일링은 필수입니다. 불균형 데이터셋에서는 가중치 기반 K-NN을 고려할 수 있습니다. 대규모 데이터셋에서는 KD-tree나 Ball-tree 같은 최적화 기법을 활용하여 효율성을 개선할 수 있습니다.
    • 5. 딥러닝 신경망 모델 구축
      딥러닝은 복잡한 비선형 패턴을 학습할 수 있는 강력한 도구이지만, 많은 데이터와 계산 자원이 필요합니다. 신경망 구조 설계는 문제의 특성과 데이터 규모에 따라 신중하게 결정해야 합니다. 과적합 방지를 위해 드롭아웃, 배치 정규화, 조기 종료 등의 정규화 기법을 적용해야 합니다. 하이퍼파라미터 튜닝은 매우 중요하며, 학습률, 배치 크기, 에포크 수 등을 체계적으로 조정해야 합니다. 전이 학습이나 사전 학습된 모델 활용도 효과적인 전략이며, 모델의 해석 가능성을 높이기 위한 노력도 필요합니다.
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