基于機器學習的航空公司乘客滿意度預測

劉宇波

(湖北大學 計算機學院，湖北 武漢 430061)

0 引言

滿意度是一種心理狀態，是指一個人對一段關系質量的主觀評價。航空公司對于乘客滿意度的管理尤為重要，對乘客滿意度進行測評，可以分析影響滿意度的關鍵因素、衡量當前乘客的滿意度水平、針對產品以及服務做出改進策略。通過構建滿意度預測模型，可以對乘客進行市場細分，對于不同乘客推出不同的服務產品，充分挖掘大數據，提高乘客滿意度。

隨著計算機技術的發展，諸多學者采用機器學習等人工智能方式對顧客滿意度進行預測。范曉婷[1]通過對頭部企業“口碑”平臺的交易數據進行挖掘分析，運用機器學習理論搭建顧客滿意度預測模型，并對不同算法的預測結果進行對比分析。章凱兵[2]基于yelp官方用戶和商戶信息數據，運用LSTM模型進行用戶偏好挖掘，最后運用人工神經網絡對用戶滿意度進行預測。陳雪松等[3]通過對36名學生進行實驗觀察收集數據，然后運用GBDT模型和馬爾代夫模型設計了圖像搜索環境下的用戶滿意度預測模型。

1 數據分析

1.1 數據集介紹

本文采用kaggle網站公開數據集。其中包含了10萬余條乘客數據，23種特征。具體如下：Satisfaction：乘客滿意或不滿意，待預測項；Gender：性別(男，女)；Age:年齡;Type of Travel:飛行目的(個人旅行、商務旅行);Class:乘客飛機上的旅行等級(商務、環保、環保加);Flight Distance:本次行程的飛行距離;Seat comfort:座椅舒適度滿意度(0：不適用；1-5);Departure/Arrival time convenient:出發/到達時間方便的滿意度;Food and drink:食品和飲料的滿意度;Gate location:gate位置的滿意度；Inflight WIFI service：機上WIFI的滿意度；Inflight entertainment：機上娛樂的滿意度；Online support：線上支持滿意度；Ease of Online booking：在線預訂滿意度；On-board service：機上服務滿意度；Leg room service：腿部客房服務的滿意度；Baggage handling：行李處理滿意度；Checkin service：值機服務滿意度；Cleanliness：清潔滿意度；Online boarding：線上登機滿意度；Departure/Arrival Delay in Minutes:出發/到達時延遲分鐘數。

1.2 數據預處理

利用padas庫將數據導入，隨后用info函數查看數據的總體信息，該函數可以查看所有特征、類型，以及數據缺失情況，如圖1所示。運行代碼后發現只有到達時延遲分鐘數存在缺失值，于是采取中值填充的方法彌補缺失值，代碼如下：data['Arrival Delay in Minutes'].fillna(data['Arrival Delay in Minutes'].median(axis=0),inplace=True)。

然后要進行特征分類，分成數值特征和類別特征。年齡、飛行距離、出發/達到延遲分鐘數四種都屬于數值特征，除了上述四種以及預測目標滿意度外，剩下的18種屬于類別特征。將類別特征的類型進行修改，修改完成后再次查看數據信息，如圖2所示，所有特征類型已經修改完成，無缺失值。

1.3 數據可視化

采用matplotlib庫和seaborn庫對數據進行可視化，以便能夠更直觀地觀察特征之間的關系，挖掘數據信息。

圖1 數據總體信息

圖2 修改后數據信息

(1)查看待預測目標：滿意乘客的比例，如圖3。發現滿意與不滿意的人數相差不大，趨近于平衡，分類可以看作均衡分類。

圖3 滿意度比例扇形圖

(2)用熱力圖查看數值特征之間的聯系，如圖4，橫軸為到達延遲分鐘數，縱軸代表出發延遲分鐘數。發現出發延遲分鐘和到達延遲分鐘的相關度很高，高達0.96，于是用散點圖分析之間的聯系，如圖5?？梢钥闯觯@些點大部分呈直線排列，說明二者間有很大的線性相關性。而這也是符合邏輯的，因為一旦飛機起飛時延誤了，那么它的落地時間也會很大概率延誤。

圖4 數值特征熱力圖

圖5 出發和到達延遲分鐘數散點圖

(3)查看類別特征和滿意度之間的關系，由于篇幅原因選取部分圖片展示，如圖6，每張圖的下方有特征名。

2 特征工程

特征工程是機器學習建模中重要的一個環節，特征處理結果很大程度上決定模型擬合度根據上述特征分類結果，對數值特征和類別特征分別進行處理。

2.1 類別特征處理

對于類別特征，最常用的處理方式是將其進行編碼。編碼方式有很多種，本文對數據集中的類別特征主要采用獨熱編碼和二分編碼，類別數有兩種的特征采用二分編碼，類別個數兩個以上的采用獨熱編碼。

圖6 類別特征和乘客滿意度的關系

首先針對類別特征的類別個數進行分類，借助describe函數，將類別個數為2或大于2的分開。結果顯示，類別個數為2的特征有性別、乘客種類以及飛行目的，剩下的特征類別個數都大于2。隨后對這兩類特征進行編碼，類別個數為2的用二分編碼將兩種類別編為0和1，其余特征用獨熱編碼，采用了pandas庫中的get_dummies函數進行特征提取。

2.2 數值特征處理

2.3 后續準備

將兩類特征處理完后，用concat函數合并，將要預測的目標顧客滿意度進行編碼處理，將不滿意和滿意編為0和1，方便后續的建模預測。

3 建模及結果分析

將處理完成的數據用train_test_split函數分為訓練集和測試集，其中測試集比例為0.2。隨后用機器學習的算法對訓練集進行訓練，然后預測結果并和測試集進行比較。采用以下5種算法進行建模：knn算法、決策樹算法、隨機森林算法、gradientboosting算法和catboost算法，隨后采用了投票法將效果較好的模型進行融合，建模訓練比較結果。

對于每種模型，都用了七種評價指標，分別為：準確率(accuracy)、精確率(precision)、召回率(recall)、f1值、roc曲線下面積(roc_auc)、均衡準確率(balance_accuracy)和混淆矩陣(confusion_matrix)。表1是模型的訓練結果，保留了小數點后4位小數。vot是由gb、rf、cat進行投票融合的模型。

表1 模型訓練結果

根據結果，這些分類器的準確度都在90%以上，具體為：gradientboosting算法：95.73%；knn算法:93.13%;隨機森林算法：95.81%;決策樹算法：94.42%;catboost算法：96.25%；模型融合：96.15%。其中，catboost算法各項指標最高，準確度達到了96.25%，融合模型的準確率次之。knn以及決策樹算法均低于95%。在這6種模型中，除了knn和決策樹，其他4種都屬于集成算法，因此這可能是導致它們的準確度更高的原因之一。在訓練中，僅僅對gradientboosting算法和catboost算法的參數進行了微調，而其他的算法都選擇了默認參數，這也是導致預測結果不同的因素。在第二章的特征工程中如果采取不同的方式處理數據，可能也會對結果產生影響。

4 結論

雖然結果有些許差異，但本文幾種模型的表現都較好，其中以catboost算法最優。還有許多分類算法在本文并沒有提及，比如svm支持向量機，集成算法中的xgboost算法等。航空公司可以根據本文的數據及結果，對模型進行改進或者使用更多不同的算法進行建模，對算法參數進行調整，以得到更優性能的模型，也可以在本文機器學習基礎之上采取深度學習算法，以得到更高的準確率。對乘客滿意度進行更為深入的預測研究，以便提前制定策略，增加客流量。