手机行为预测 Baseline

P粉084495128
发布: 2025-07-21 11:31:53
原创
323人浏览过
本次赛事要求基于智能手机传感器数据预测人体6项活动。训练集8千条、测试集2千条,含561个特征,以准确率评分。提供含数据预处理和1D卷积神经网络的Baseline,可通过残差结构、数据扩增优化。

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赛事介绍

如今的智能机已经很智能了,如果手机可以觉察到我们在生活中的一举一动,知道我们行动的意图,你觉得会如何?智能手机不仅搭载了多种惯性传感器,这使得基于智能手机的人体行为识别研究越来越受关注。

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在本次赛题由志愿者使用智能手机时,通过基本活动的行为构建而成。希望选手能够构建模型对活动行为进行预测。

赛事任务

实验是在 19-48 岁年龄段的 30 名志愿者中进行的。每个人在腰部佩戴智能手机(三星 Galaxy S II)进行六项活动(步行、楼上步行、楼下步行、坐、站、躺)。实验以 50Hz 的恒定速率捕获 3 轴线性加速度和 3 轴角速度。

赛题训练集案例如下:

  • 训练集8千条数据;
  • 测试集共2000条数据;

数据总共100MB,赛题数据均为csv格式,列使用逗号分割。若使用Pandas读取数据,可参考如下代码:

import pandas as pdimport numpy as nptrain = pd.read_csv('train.csv.zip')
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对于数据集中的每一条记录,都提供了以下内容,来自加速度计的三轴加速度(总加速度)和估计的身体加速度、和来自陀螺仪的三轴角速度。总共是具有时域和频域变量的561个特征向量。

测试集中label字段Activity为空,需要选手预测。

评审规则

  1. 数据说明:选手需要提交测试集队伍排名预测,具体的提交格式如下:
Activity
STANDING
LAYING
WALKING
SITTING
WALKING
WALKING_DOWNSTAIRS
STANDING
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  1. 评估指标:本次竞赛的使用准确率进行评分,数值越高精度越高,评估代码参考:
from sklearn.metrics import accuracy_score
y_pred = [0, 2, 1, 3]y_true = [0, 1, 2, 3]accuracy_score(y_true, y_pred)
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Baseline使用指导

1、点击‘fork按钮’,出现‘fork项目’弹窗
2、点击‘创建按钮’ ,出现‘运行项目’弹窗
3、点击‘运行项目’,自动跳转至新页面
4、点击‘启动环境’ ,出现‘选择运行环境’弹窗
5、选择运行环境(启动项目需要时间,请耐心等待),出现‘环境启动成功’弹窗,点击确定
6、点击进入环境,即可进入notebook环境
7、鼠标移至下方每个代码块内(代码块左侧边框会变成浅蓝色),再依次点击每个代码块左上角的‘三角形运行按钮’,待一个模块运行完以后再运行下一个模块,直至全部运行完成
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8、下载页面左侧submission.zip压缩包
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9、在比赛页提交submission.zip压缩包,等待系统评测结束后,即可登榜!
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10、点击页面左侧‘版本-生成新版本’
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11、填写‘版本名称’,点击‘生成版本按钮’,即可在个人主页查看到该项目(可选择公开此项目哦)

数据分析

In [1]
import pandas as pdimport paddleimport numpy as np

%pylab inlineimport seaborn as sns

train_df = pd.read_csv('data/data137267/train.csv.zip')
test_df = pd.read_csv('data/data137267/test.csv.zip')
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/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/__init__.py:107: DeprecationWarning: Using or importing the ABCs from 'collections' instead of from 'collections.abc' is deprecated, and in 3.8 it will stop working
  from collections import MutableMapping
/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/rcsetup.py:20: DeprecationWarning: Using or importing the ABCs from 'collections' instead of from 'collections.abc' is deprecated, and in 3.8 it will stop working
  from collections import Iterable, Mapping
/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/colors.py:53: DeprecationWarning: Using or importing the ABCs from 'collections' instead of from 'collections.abc' is deprecated, and in 3.8 it will stop working
  from collections import Sized
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Populating the interactive namespace from numpy and matplotlib
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In [2]
train_df.shape
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(8000, 562)
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In [3]
train_df.columns
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Index(['tBodyAcc-mean()-X', 'tBodyAcc-mean()-Y', 'tBodyAcc-mean()-Z',
       'tBodyAcc-std()-X', 'tBodyAcc-std()-Y', 'tBodyAcc-std()-Z',
       'tBodyAcc-mad()-X', 'tBodyAcc-mad()-Y', 'tBodyAcc-mad()-Z',
       'tBodyAcc-max()-X',
       ...
       'fBodyBodyGyroJerkMag-skewness()', 'fBodyBodyGyroJerkMag-kurtosis()',
       'angle(tBodyAccMean,gravity)', 'angle(tBodyAccJerkMean),gravityMean)',
       'angle(tBodyGyroMean,gravityMean)',
       'angle(tBodyGyroJerkMean,gravityMean)', 'angle(X,gravityMean)',
       'angle(Y,gravityMean)', 'angle(Z,gravityMean)', 'Activity'],
      dtype='object', length=562)
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In [4]
train_df['Activity'].value_counts().plot(kind='bar')
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/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/cbook/__init__.py:2349: DeprecationWarning: Using or importing the ABCs from 'collections' instead of from 'collections.abc' is deprecated, and in 3.8 it will stop working
  if isinstance(obj, collections.Iterator):
/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/cbook/__init__.py:2366: DeprecationWarning: Using or importing the ABCs from 'collections' instead of from 'collections.abc' is deprecated, and in 3.8 it will stop working
  return list(data) if isinstance(data, collections.MappingView) else data
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<matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot at 0x7f39bd84b050>
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<Figure size 432x288 with 1 Axes>
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In [5]
plt.figure(figsize=(10, 5))
sns.boxplot(y='tBodyAcc-mean()-X', x='Activity', data=train_df)
plt.tight_layout()
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/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/seaborn/categorical.py:340: DeprecationWarning: `np.float` is a deprecated alias for the builtin `float`. To silence this warning, use `float` by itself. Doing this will not modify any behavior and is safe. If you specifically wanted the numpy scalar type, use `np.float64` here.
Deprecated in NumPy 1.20; for more details and guidance: https://numpy.org/devdocs/release/1.20.0-notes.html#deprecations
  np.asarray(s, dtype=np.float)
/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/seaborn/utils.py:538: DeprecationWarning: `np.float` is a deprecated alias for the builtin `float`. To silence this warning, use `float` by itself. Doing this will not modify any behavior and is safe. If you specifically wanted the numpy scalar type, use `np.float64` here.
Deprecated in NumPy 1.20; for more details and guidance: https://numpy.org/devdocs/release/1.20.0-notes.html#deprecations
  np.asarray(values).astype(np.float)
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<Figure size 720x360 with 1 Axes>
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In [6]
train_df['Activity'] = train_df['Activity'].map({    'LAYING': 0,    'STANDING': 1,    'SITTING': 2,    'WALKING': 3,    'WALKING_UPSTAIRS': 4,    'WALKING_DOWNSTAIRS': 5})
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In [7]
from sklearn.preprocessing import StandardScaler

scaler = StandardScaler()
scaler.fit(train_df.values[:, :-1])
train_df.iloc[:, :-1] = scaler.transform(train_df.values[:, :-1])
test_df.iloc[:, :] = scaler.transform(test_df.values)
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搭建模型

In [8]
class Classifier(paddle.nn.Layer):
    # self代表类的实例自身
    def __init__(self):
        # 初始化父类中的一些参数
        super(Classifier, self).__init__()
        
        self.conv1 = paddle.nn.Conv1D(in_channels=1, out_channels=16, kernel_size=3)
        self.conv2 = paddle.nn.Conv1D(in_channels=16, out_channels=32, kernel_size=3)
        self.conv3 = paddle.nn.Conv1D(in_channels=32, out_channels=64, kernel_size=3)
        self.flatten = paddle.nn.Flatten()
        self.dropout = paddle.nn.Dropout()
        self.fc = paddle.nn.Linear(in_features=128, out_features=6)
        self.relu = paddle.nn.ReLU()
        self.pool = paddle.nn.MaxPool1D(6)
        self.softmax = paddle.nn.Softmax()    # 网络的前向计算
    def forward(self, inputs):
        x = self.pool(self.relu(self.conv1(inputs)))
        x = self.pool(self.relu(self.conv2(x)))

        x = self.dropout(x)
        x = self.pool(self.relu(self.conv3(x)))
        x = self.dropout(x)

        x = self.flatten(x)
        x = self.relu(self.fc(x))
        x = self.softmax(x)        return x
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In [15]
model = Classifier()
model.train()
opt = paddle.optimizer.SGD(learning_rate=0.005, parameters=model.parameters())
loss_fn = paddle.nn.CrossEntropyLoss()
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In [16]
EPOCH_NUM = 40   # 设置外层循环次数BATCH_SIZE = 16  # 设置batch大小training_data = train_df.iloc[:-1000].values.astype(np.float32)
val_data = train_df.iloc[-1000:].values.astype(np.float32)

training_data = training_data.reshape(-1, 1, 562)
val_data = val_data.reshape(-1, 1, 562)
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In [17]
# 定义外层循环for epoch_id in range(EPOCH_NUM):    # 在每轮迭代开始之前,将训练数据的顺序随机的打乱
    np.random.shuffle(training_data)    
    # 将训练数据进行拆分,每个batch包含10条数据
    mini_batches = [training_data[k:k+BATCH_SIZE] for k in range(0, len(training_data), BATCH_SIZE)]    
    # 定义内层循环
    for iter_id, mini_batch in enumerate(mini_batches):
        model.train()
        x = np.array(mini_batch[:,:, :-1]) # 获得当前批次训练数据
        y = np.array(mini_batch[:,:, -1:]) # 获得当前批次训练标签
        
        # 将numpy数据转为飞桨动态图tensor的格式
        features = paddle.to_tensor(x)
        y = paddle.to_tensor(y)        
        # 前向计算
        predicts = model(features)        
        # 计算损失
        loss = loss_fn(predicts, y.flatten().astype(int))
        avg_loss = paddle.mean(loss)        # 反向传播,计算每层参数的梯度值
        avg_loss.backward()        # 更新参数,根据设置好的学习率迭代一步
        opt.step()        # 清空梯度变量,以备下一轮计算
        opt.clear_grad()        # 训练与验证
        if iter_id%2000==0 and epoch_id % 10 == 0:
            acc = predicts.argmax(1) == y.flatten().astype(int)
            acc = acc.astype(float).mean()

            model.eval()
            val_predict = model(paddle.to_tensor(val_data[:, :, :-1])).argmax(1)
            val_label = val_data[:, :, -1]
            val_acc = np.mean(val_predict.numpy() == val_label.flatten())            print("epoch: {}, iter: {}, loss is: {}, acc is {} / {}".format(
                epoch_id, iter_id, avg_loss.numpy(), acc.numpy(), val_acc))
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epoch: 0, iter: 0, loss is: [1.9004316], acc is [0.125] / 0.182
epoch: 10, iter: 0, loss is: [1.6665952], acc is [0.375] / 0.368
epoch: 20, iter: 0, loss is: [1.5449493], acc is [0.5] / 0.478
epoch: 30, iter: 0, loss is: [1.5502174], acc is [0.5] / 0.525
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In [23]
model.eval()
test_data = paddle.to_tensor(test_df.values.reshape(-1, 1, 561).astype(np.float32))
test_predict = model(test_data)
test_predict = test_predict.argmax(1).numpy()
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In [24]
test_predict = pd.DataFrame({'Activity': test_predict})
test_predict['Activity'] = test_predict['Activity'].map({    0:'LAYING',    1:'STANDING',    2:'SITTING',    3:'WALKING',    4:'WALKING_UPSTAIRS',    5:'WALKING_DOWNSTAIRS'})
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In [25]
test_predict.to_csv('submission.csv', index=None)

!zip submission.zip submission.csv
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updating: submission.csv (deflated 94%)
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未来上分点

  1. 模型可以加入残差结构,参考resnet。
  2. 数据可以加入数据扩增,比如加噪音。
In [ ]
<br/>
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