import unittest
import importlib
import numpy as np
import pandas as pd


def _dynamic_test(test_case, condition, success_message, failure_message):
    if condition:
        test_case._testMethodName = success_message
        test_case.assertTrue(True, success_message)
    else:
        test_case._testMethodName = failure_message
        test_case.fail(failure_message)


class TestUserCode(unittest.TestCase):

    def test_age_column_has_no_missing_values(self):
        import user_code

        variable = 'data'
        actual_df = getattr(user_code, variable, None)
        condition = False
        if actual_df is None:
            failure_message = f"The `{variable}` variable is not declared."
        elif not isinstance(actual_df, pd.DataFrame):
            failure_message = f"`{variable}` is not a `DataFrame`."
        elif actual_df.empty:
            failure_message = f"`{variable}` is empty."
        elif 'Age' not in actual_df.columns:
            failure_message = f"`{variable}` has no 'Age' column."
        elif not actual_df['Age'].isnull().any():
            condition = True
            failure_message = None
        else:
            null_count = actual_df['Age'].isnull().sum()
            failure_message = f"Expected the 'Age' column to contain no missing values, but got `{null_count}`."

        _dynamic_test(
            self,
            condition,
            "The 'Age' column contains no missing values.",
            failure_message
        )

    def test_missing_values_are_replaced_correctly(self):
        import user_code

        expected_value = pd.Series([25, 30, 30, 35, 30]).astype(float)

        variable = 'data'
        actual_df = getattr(user_code, variable, None)
        condition = False
        if actual_df is None:
            failure_message = f"The `{variable}` variable is not declared."
        elif not isinstance(actual_df, pd.DataFrame):
            failure_message = f"`{variable}` is not a `DataFrame`."
        elif actual_df.empty:
            failure_message = f"`{variable}` is empty."
        elif 'Age' not in actual_df.columns:
            failure_message = f"`{variable}` has no 'Age' column."
        elif actual_df['Age'].equals(expected_value):
            condition = True
            failure_message = None
        else:
            failure_message = f"Expected `{variable}['Age']` to contain `{expected_value.values}`, but got `{actual_df['Age'].values}`."

        _dynamic_test(
            self,
            condition,
            "The missing values in the 'Age' column are correctly replaced with the mean.",
            failure_message
        )

    def test_city_encoder_is_declared(self):
        import user_code
        _dynamic_test(
            self,
            hasattr(user_code, 'city_encoder'),
            "The `city_encoder` variable is declared.",
            "Expected `city_encoder` to be declared."
        )

    def test_city_encoder_is_onehotencoder(self):
        import user_code
        from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder

        try:
            condition = isinstance(user_code.city_encoder, OneHotEncoder)
            failure_message = f"Expected `city_encoder` to be an instance of `OneHotEncoder`, but got `{type(user_code.city_encoder).__name__}`."
        except AttributeError:
            condition = False
            failure_message = "The `city_encoder` variable is not declared."

        _dynamic_test(
            self,
            condition,
            "The `city_encoder` is an instance of `OneHotEncoder`.",
            failure_message
        )

    def test_city_encoded_is_declared(self):
        import user_code
        _dynamic_test(
            self,
            hasattr(user_code, 'city_encoded'),
            "The `city_encoded` variable is declared.",
            "Expected `city_encoded` to be declared."
        )

    def test_city_encoded_is_correct(self):
        import user_code
        from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder
        from scipy.sparse import csr_matrix

        data = pd.DataFrame({
            'Age': [25, np.nan, 30, 35, np.nan],
            'City': ['New York', 'London', 'Paris', 'Berlin', 'London'],
            'Income': ['Low', 'Middle', 'High', 'High', 'Middle']
        })

        city_encoder = OneHotEncoder(drop='first')
        expected_value = city_encoder.fit_transform(data[['City']]).toarray()

        variable = 'city_encoded'
        actual_value = getattr(user_code, variable, None)
        condition = False
        if actual_value is None:
            failure_message = f"The `{variable}` variable is not declared."
        elif not isinstance(actual_value, csr_matrix):
            failure_message = f"`{variable}` is not a `scipy.sparse.csr_matrix`."
        elif not actual_value.size:
            failure_message = f"`{variable}` is empty."
        elif np.array_equal(actual_value.toarray(), expected_value):
            condition = True
            failure_message = None
        else:
            failure_message = f"Expected `{variable}` to contain `{expected_value}`, but got `{actual_value.toarray()}`."

        _dynamic_test(
            self,
            condition,
            f"The 'City' column is encoded correctly.",
            failure_message
        )

    def test_income_encoder_is_declared(self):
        import user_code
        _dynamic_test(
            self,
            hasattr(user_code, 'income_encoder'),
            "The `income_encoder` variable is declared.",
            "Expected `income_encoder` to be declared."
        )

    def test_income_encoder_is_ordinalencoder(self):
        import user_code
        from sklearn.preprocessing import OrdinalEncoder

        try:
            condition = isinstance(user_code.income_encoder, OrdinalEncoder)
            failure_message = f"Expected `income_encoder` to be an instance of `OrdinalEncoder`, but got `{type(user_code.income_encoder).__name__}`."
        except AttributeError:
            condition = False
            failure_message = "The `income_encoder` variable is not declared."

        _dynamic_test(
            self,
            condition,
            "The `income_encoder` is an instance of `OrdinalEncoder`.",
            failure_message
        )

    def test_income_column_is_encoded_correctly(self):
        import user_code

        expected_value = pd.Series([0, 1, 2, 2, 1]).astype(float)

        variable = 'data'
        actual_df = getattr(user_code, variable, None)
        condition = False
        if actual_df is None:
            failure_message = f"The `{variable}` variable is not declared."
        elif not isinstance(actual_df, pd.DataFrame):
            failure_message = f"`{variable}` is not a `DataFrame`."
        elif actual_df.empty:
            failure_message = f"`{variable}` is empty."
        elif 'Income' not in actual_df.columns:
            failure_message = f"`{variable}` has no 'Income' column."
        elif actual_df['Income'].equals(expected_value):
            condition = True
            failure_message = None
        else:
            failure_message = f"Expected `{variable}['Income']` to contain `{expected_value.values}`, but got `{actual_df['Income'].values}`."

        _dynamic_test(
            self,
            condition,
            "The 'Income' column is encoded correctly.",
            failure_message
        )


if __name__ == '__main__':
    unittest.main()


test_main.py

Erwerben Sie ein fundiertes Verständnis der Clusteranalyse, einer zentralen Methode des unüberwachten Lernens zur Erkennung von Mustern in nicht gekennzeichneten Daten. Lernen Sie die Grundlagen von K-Means, hierarchischem Clustering, DBSCAN und GMMs kennen und sammeln Sie praktische Erfahrungen mit realen Datensätzen, um Sicherheit bei der Anwendung von Clustering auf reale Problemstellungen zu gewinnen.

Tauchen Sie in die Grundlagen der Clusteranalyse ein und erfahren Sie, wie sie sich von der Klassifikation unterscheidet. Erkunden Sie wesentliche Algorithmen, Werkzeuge und Bibliotheken, die diese Methode des unbeaufsichtigten Lernens unterstützen, um verborgene Muster in Daten zu erkennen.

Erwerben Sie ein fundiertes Verständnis der wichtigsten Vorverarbeitungstechniken, die eine effektive Clusterbildung gewährleisten. Erfahren Sie, wie fehlende Werte behandelt, kategoriale Merkmale codiert, Daten normalisiert und geeignete Distanzmaße sowie Verknüpfungen ausgewählt werden, um die Genauigkeit der Clusterbildung zu erhöhen.

Beherrschen der Fähigkeiten zur effektiven Anwendung des K-Means-Clusterings. Verständnis der Funktionsweise des Algorithmus. Bestimmung der optimalen Clusteranzahl. Praktische Erfahrung durch Implementierung von K-Means auf synthetischen und realen Datensätzen.

Erkunden Sie die Grundlagen des hierarchischen Clusterings und erfahren Sie, wie Daten mithilfe von Dendrogrammen in sinnvolle Cluster gruppiert werden. Sicherheit beim Erkennen der optimalen Clusteranzahl und Anwendung der Methode auf synthetische sowie reale Datensätze.

Erfahren Sie, wie DBSCAN bei der Erkennung von Clustern unterschiedlicher Formen und der Handhabung von Ausreißern in Daten überzeugt. Verstehen Sie die Mechanismen dieses dichtebasierten Algorithmus, die Zuordnung von Punkten zu Clustern und die Anwendung auf synthetische sowie reale Datensätze.

Fundierte Kenntnisse über Gaußsche Mischmodelle und deren Verwendung von Wahrscheinlichkeiten zur Modellierung komplexer Clusterformen. Prinzipien der Gaußschen Verteilung. Funktionsweise von GMMs. Anwendung auf Dummy- und Realweltdaten zur Festigung des Verständnisses.

Herausforderung: Vorverarbeitung des Datensatzes

Lösung