【機(jī)器學(xué)習(xí)】金融風(fēng)控評(píng)分卡建模全流程！

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本文摘要

本文將帶領(lǐng)讀者一起進(jìn)行完整的建模全流程，了解銀行風(fēng)控是如何做的。并提供kaggle代碼。首先講述評(píng)分卡的分類(lèi)、優(yōu)缺點(diǎn)。接下來(lái)，結(jié)合完整的可以馬上運(yùn)行的代碼，中間穿插理論，來(lái)講解評(píng)分卡的開(kāi)發(fā)流程。最后，把方法論再梳理一次，讓讀者在了解全流程后，在概念上理解再加深。

本文還提供了完整的全流程代碼，讀者打開(kāi)：https://www.kaggle.com/orange90/credit-scorecard-example，結(jié)合代碼來(lái)讀本文，會(huì)理解更深。

一、評(píng)分卡的分類(lèi)

在金融風(fēng)控領(lǐng)域，無(wú)人不曉的應(yīng)該是評(píng)分卡（scorecard)， 無(wú)論信用卡還是貸款，都有”前中后“三個(gè)階段。根據(jù)風(fēng)控時(shí)間點(diǎn)的”前中后”，一般風(fēng)評(píng)分卡可以分為下面三類(lèi):

• A卡（Application score card）。目的在于預(yù)測(cè)申請(qǐng)時(shí)（申請(qǐng)信用卡、申請(qǐng)貸款）對(duì)申請(qǐng)人進(jìn)行量化評(píng)估。
• B卡（Behavior score card）。目的在于預(yù)測(cè)使用時(shí)點(diǎn)（獲得貸款、信用卡的使用期間）未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)逾期的概率。
• C卡（Collection score card）。目的在于預(yù)測(cè)已經(jīng)逾期并進(jìn)入催收階段后未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)還款的概率。

美國(guó)fico公司算是評(píng)分卡的始祖，始于 20世紀(jì)六十年代。Fico的評(píng)分卡的示例如下（這是個(gè)貸前評(píng)分卡，也就是A卡）：

可以看到，這里有三個(gè)因素，第一個(gè)是年齡AGE，第二個(gè)是收入段INCOME，第三個(gè)是住宅HOME是租的還是買(mǎi)的。當(dāng)總分超過(guò)600分，就給與授信額度。這種評(píng)分卡，操作簡(jiǎn)單，就算是個(gè)小學(xué)生都能算出風(fēng)險(xiǎn)值。

二、評(píng)分卡優(yōu)缺點(diǎn)

評(píng)分卡的好處還是很明顯的：

• 易于使用。業(yè)務(wù)人員在操作時(shí)，只需要按照評(píng)分卡每樣打分然后算個(gè)總分就能操作，不需要接受太多專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練
• 直觀透明。客戶和審核人員都能知道看到結(jié)果，以及結(jié)果是如何產(chǎn)生的。
• 應(yīng)用范圍廣。我們最熟悉的，莫過(guò)于支付寶的芝麻信用分，又或者知乎鹽值（雖然知乎鹽值不是評(píng)估金融風(fēng)險(xiǎn)的，但也算是評(píng)分卡的應(yīng)用之一）

但是，隨著信貸業(yè)務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)風(fēng)控工作準(zhǔn)確率的要求也逐漸提升。這時(shí)候靜態(tài)評(píng)分卡的弱點(diǎn)就暴露了：

• 利潤(rùn)的信息維度不高。簡(jiǎn)單是優(yōu)點(diǎn)，但在日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)前，就變成缺點(diǎn)。有著大量數(shù)據(jù)資源卻使用有限，造成數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)。
• 當(dāng)信息維度高時(shí)，評(píng)分卡建模會(huì)變得非常困難。（你看，本文的評(píng)分卡只涉及十個(gè)特征，就這么長(zhǎng)一篇了）
• 某些不重要的特征，在另一些時(shí)刻會(huì)變得重要。例如在疫情期間，和收入相關(guān)的特征重要度會(huì)上升。

當(dāng)然，以上的缺點(diǎn)主要限于靜態(tài)評(píng)分卡，就算拿紙打勾計(jì)算分?jǐn)?shù)那種，例如上面那個(gè)FICO的評(píng)分卡。有些積分，由于背后支撐的模型可以動(dòng)態(tài)調(diào)整相關(guān)參數(shù)的權(quán)重，這時(shí)候就生成一個(gè)動(dòng)態(tài)評(píng)分卡。但這種情況可以看成對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型做的可解釋性解析。

三、評(píng)分卡構(gòu)建

那么評(píng)分卡是如何構(gòu)建的呢？一般包含下面六個(gè)步驟

1. 數(shù)據(jù)探究。研究數(shù)據(jù)都包含哪些信息。
2. 樣本選取。選取一定時(shí)間周期內(nèi)該平臺(tái)上的信貸樣本數(shù)據(jù)，劃分訓(xùn)練集和測(cè)試集。
3. 變量選取。也就是特征篩選。需要一定的業(yè)務(wù)理解。一般這部分費(fèi)時(shí)較久
4. 邏輯回歸。根據(jù)篩選后的特征，構(gòu)建邏輯回歸模型。
5. 評(píng)分卡轉(zhuǎn)換。根據(jù)一定的公式轉(zhuǎn)換。
6. 驗(yàn)證并上線。驗(yàn)證評(píng)分卡效果，并上線持續(xù)監(jiān)測(cè)

是不是看起來(lái)有點(diǎn)抽象呢？真正的干貨馬上來(lái)，趕緊去上個(gè)廁所，沖好咖啡，因?yàn)橄旅娴母韶浱珴M了！

四、評(píng)分卡構(gòu)建實(shí)戰(zhàn)演練

看上面抽象的表述看累了？實(shí)際操作馬上來(lái)了。

我們用的數(shù)據(jù)是每個(gè)搞風(fēng)控的人都熟悉的“Give Me Some Credit"數(shù)據(jù)集。本節(jié)會(huì)按照列出的六個(gè)步驟帶你領(lǐng)略評(píng)分卡實(shí)際構(gòu)建過(guò)程。

數(shù)據(jù)集地址：https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.kaggle.com/c/GiveMeSomeCredit/overview

最終示例代碼：https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.kaggle.com/orange90/credit-scorecard-example

4.1 數(shù)據(jù)探究

我們加載kaggle提供的數(shù)據(jù)集，先看看dataframe長(zhǎng)啥樣：

太長(zhǎng)了，不容易看，我們看看摘要好了。

可以看到有些column里面是有null value的。我們看看有多少null value:

可以看到MonthlyIncome和NumberOfDependents有一些空值。在建模前我們需要對(duì)其進(jìn)行處理。

對(duì)null值處理有很多策略，例如填中位數(shù)，填平均數(shù)，甚至拿個(gè)模型去預(yù)測(cè)都行。由于收入差距可能很大，MonthlyIncome填中位數(shù)相對(duì)合理。NumberOfDependents也可以填中位數(shù)，或者平均數(shù)，但平均數(shù)會(huì)變成小數(shù)，所以還是取中位數(shù)。

可以看到，fillna后就沒(méi)問(wèn)題了。

其中，變量SeriousDlqin2yrs是我們模型的label。我們可以說(shuō)1為壞，0為好。這個(gè)變量是意思是Serious Delinquent in 2 year,也就是2年內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重逾期,其中”嚴(yán)重“定義為逾期超過(guò)90天。也就是說(shuō)。例如你2018年1月1號(hào)開(kāi)卡，每個(gè)月1號(hào)是還款日。例如你2019年4月1號(hào)是你的還款日，然后你在7月1號(hào)前都沒(méi)還錢(qián)，那這時(shí)候逾期就超過(guò)90天了，你的數(shù)據(jù)標(biāo)簽就為1。

可以看到bad rate是0.06684。意味著我們?cè)诮Ｇ埃苍S需要對(duì)數(shù)據(jù)做一個(gè)平衡（balancing）。

除此之外，其他列的定義如下（定義來(lái)自原數(shù)據(jù)集的Data Dictionary.xls)

為了方便閱讀，關(guān)于其他變量我就不在本文一一探索了，感興趣的讀者可以到https://www.kaggle.com/orange90/credit-scorecard-example里慢慢看，這里有詳細(xì)的EDA。

4.2 樣本選取

對(duì)于金融機(jī)構(gòu)內(nèi)部，我們需要將連續(xù)的數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測(cè)試集。例如我目前有2017-01-01到2019-12-31的數(shù)據(jù)，我可以把2017年1月，2月和2019年11月，12月作為測(cè)試集，2017-03-01到2019-10-31作為訓(xùn)練集。這么做的話，可以檢測(cè)模型跨時(shí)間的穩(wěn)健性。

上面僅為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，不構(gòu)成本節(jié)實(shí)操的一部分。由于cs-test.csv并不包含標(biāo)簽，所以沒(méi)法拿來(lái)當(dāng)驗(yàn)證，我們從cs-training中將提取70%作為訓(xùn)練集，另外30%作為驗(yàn)證集。這個(gè)分割會(huì)在第四步——邏輯回歸前進(jìn)行。

4.3 變量選取

評(píng)分卡里叫變量，在建模時(shí)，我們叫特征。但在評(píng)分卡里，我們需要對(duì)變量進(jìn)行分箱（binning)，效果如圖二的fico評(píng)分卡。分箱怎么做的呢？

我有空會(huì)做一個(gè)專(zhuān)題。這里先簡(jiǎn)單搞個(gè)分箱策略，值比較多的用pandas.qcut，值比較少的用pandas.cut。qcut和cut的區(qū)別是，qcut是根據(jù)這些值的頻率來(lái)選擇箱子的間隔，以實(shí)現(xiàn)盡量每個(gè)分箱里的樣本一樣多。而cut是手動(dòng)給定分箱閾值。

我們定義需要 qcut的變量:

• RevolvingUtilizationOfUnsecuredLines
• DebtRatio
• MonthlyIncome
• NumberOfOpenCreditLinesAndLoans
• NumberRealEstateLoansOrLines

需要cut的變量，至于cut 的閾值，我就隨便給好了:

• age
• NumberOfDependents
• NumberOfTime30-59DaysPastDueNotWorse
• NumberOfTimes90DaysLate
• NumberOfTime60-89DaysPastDueNotWorse

qcut和cut的方法及閾值如下：

在做特征篩選時(shí)，我們?cè)趺磁袛嗄男┨卣饔杏茫男┨卣鳑](méi)啥用呢？特征篩選有多種方法，其中一種是，我們可以計(jì)算IV（Information Value)來(lái)判斷特征對(duì)結(jié)果的重要度。計(jì)算公式如下：

其中WOE（Weight of Evidence) 定義為：

我們寫(xiě)一個(gè)計(jì)算IV值的函數(shù)：

在業(yè)界實(shí)踐中，我們把IV<0.02的看作無(wú)效特征，0.02<0.1的為弱效果特征，>0.5為強(qiáng)特征，如下表所示。

那我們只選擇IV值大于0.1的變量吧。計(jì)算每個(gè)變量的IV值：

不同分箱會(huì)導(dǎo)致IV值不同，但本文是一個(gè)baseline模型，所以未對(duì)分箱策略做優(yōu)化。

我們只選擇忽略week predictor和unless for prediction的特征，只選擇IV值0.1以上的，最后這五個(gè)入選

'bin_RevolvingUtilizationOfUnsecuredLines'
'bin_NumberOfTime30-59DaysPastDueNotWorse'
'bin_age'
'bin_NumberOfTimes90DaysLate'
'bin_NumberOfTime60-89DaysPastDueNotWorse'

4.4 邏輯回歸

雖然用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者xgboost等模型效果更好，但多數(shù)情況下，銀行做評(píng)分卡時(shí)還是喜歡用邏輯回歸，因?yàn)椋?/p>

1. 模型直觀，可解釋性強(qiáng)，易于理解，變量系數(shù)可以與業(yè)內(nèi)知識(shí)做交叉驗(yàn)證，更容易讓人信服。
2. 易于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)模型效果衰減的時(shí)候，logistic模型能更好的查找原因。

我們定義一個(gè)函數(shù)cal_WOE，用以把分箱轉(zhuǎn)成WOE值。

看起來(lái)數(shù)據(jù)應(yīng)該是可以用了。那現(xiàn)在我們開(kāi)始用邏輯回歸建模吧。

由于數(shù)據(jù)集的測(cè)試樣本是沒(méi)有標(biāo)簽的，所以我們需要從訓(xùn)練集里分一些驗(yàn)證集出來(lái)。用train_test_split函數(shù)把數(shù)據(jù)分成70/30兩部分

然后跑模型，模型訓(xùn)練非常快，一下子就完了。

我們來(lái)看模型的AUC。業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)是，0.80以上就算是可以投入產(chǎn)品線使用的模型。

模型的AUC達(dá)到還不錯(cuò)的0.82。由于這里使用數(shù)據(jù)集的sanity比較好，所以也容易出效果。這里插個(gè)題外話來(lái)講講我的工作經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)我的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在客戶真實(shí)數(shù)據(jù)上要取得這個(gè)AUC還是要花很長(zhǎng)時(shí)間的，尤其是數(shù)據(jù)清洗與特征提取就要花90%的時(shí)間。

邏輯回歸模型這步很簡(jiǎn)單吧。下面就要講到評(píng)分卡轉(zhuǎn)換了，這一步標(biāo)志著你的模型要從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)品線了。

4.5 評(píng)分卡轉(zhuǎn)換

這一節(jié)的內(nèi)容是知乎很多文章都沒(méi)講清楚的，我首先先講理論，理論講完后，我就開(kāi)始結(jié)合案例來(lái)講。

模型訓(xùn)練好后，我們需要把對(duì)每個(gè)變量的每個(gè)分箱（也就是數(shù)值段）轉(zhuǎn)換成具體的分值。在講計(jì)算過(guò)程前，先來(lái)講點(diǎn)前置知識(shí)。

評(píng)分卡中不直接用客戶違約率p，而是用違約概率與正常概率的比值，稱為Odds，即

評(píng)分卡會(huì)把odds映射成score。為啥不用p直接映射，而用odds？聽(tīng)我道來(lái)。

根據(jù)邏輯回歸原理：

把上述公式變化一下，有

咦，是不是有點(diǎn)思路了？這不就是我們剛才提到的odds嗎？現(xiàn)在你懂了吧，因?yàn)橛?jì)算odds可以和邏輯回歸無(wú)縫結(jié)合。所以上面還可以變成

評(píng)分卡的背后邏輯是Odds的變動(dòng)與評(píng)分變動(dòng)的映射（把Odds映射為評(píng)分）。我們可以設(shè)計(jì)這個(gè)一個(gè)公式

其中A與B是常數(shù)，B前面取負(fù)號(hào)的原因，是讓違約概率越低，得分越高。因?yàn)閷?shí)際業(yè)務(wù)里，分?jǐn)?shù)也高風(fēng)險(xiǎn)越低，當(dāng)然你也可以設(shè)計(jì)個(gè)風(fēng)險(xiǎn)越低分?jǐn)?shù)越低的評(píng)分卡，但風(fēng)控里還是默認(rèn)高分高信用低風(fēng)險(xiǎn)。

計(jì)算出A、B的方法如下，首先設(shè)定兩個(gè)假設(shè)：

1. 基準(zhǔn)分。基準(zhǔn)分  為某個(gè)比率時(shí)的得分  。業(yè)界某些風(fēng)控策略基準(zhǔn)分都設(shè)置為500/600/650。基準(zhǔn)分為 
2. PDO（point of double），比率翻番時(shí)分?jǐn)?shù)的變動(dòng)值。假設(shè)我們?cè)O(shè)置為當(dāng)odds翻倍時(shí)，分值減少30。

設(shè)置好  后，就能算出A和B。怎么算？首先把  代入公式，有

根據(jù)PDO的定義，我們有下面等式：

上面兩個(gè)式子組成了我們小學(xué)就能解的二元一次方程組，把公式（7）的右邊替換掉公式（8）左邊，可以算出B，從而可以算得A的解。最后A、B的解分別為：,

記住這兩個(gè)公式，等下實(shí)例開(kāi)始時(shí)就會(huì)用到。迫不及待想進(jìn)入實(shí)例訓(xùn)練了？稍安勿躁，還有最后一步，就是把分箱映射為分?jǐn)?shù)。

還記得前面舉的評(píng)分卡例子嗎？評(píng)分卡里每一個(gè)變量的每一個(gè)分箱有一個(gè)對(duì)應(yīng)分值。前面的  是一個(gè)矩陣計(jì)算，展開(kāi)后我們有：

其中變量  等等是出現(xiàn)在最終模型的入模變量。由于所有的入模變量都進(jìn)行了WOE編碼，可以將這些自變量中的每一個(gè)都寫(xiě)  的形式,其中  為第 i 個(gè)特征的第j 個(gè)分箱的WOE值， 是0，1邏輯變量，當(dāng)  時(shí)，代表自特征i 取第 j 個(gè)分箱，當(dāng)  時(shí)代表特征i不取第j 個(gè)分箱。最終得到評(píng)分卡模型：

公式有點(diǎn)抽象？換成圖片表示

好了，評(píng)分卡轉(zhuǎn)換的理論講完了，現(xiàn)在要開(kāi)始令人振奮的實(shí)例了。

我們定義 為1：1(你也可以試試其他值），基準(zhǔn)分為650，PDO為50，代入公式（9）和（10），有

記住這兩個(gè)值，我會(huì)把這兩個(gè)值代入實(shí)例里計(jì)算。

然后評(píng)分卡就輕輕松松得到了：

可以看到，總體來(lái)說(shuō)評(píng)分符合預(yù)期，例如RevolvingUtilizationOfUnsecuredLines越高，給的分?jǐn)?shù)越低。

不過(guò)也有的評(píng)分并不是完全符合預(yù)期，例如NumberOfTime60-89DaysPastDueNotWorse在(8.0, 9.0]段的分?jǐn)?shù)竟然是0，這完全沒(méi)道理啊！這個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)，和訓(xùn)練集在這個(gè)分?jǐn)?shù)段的樣本量有關(guān)，可能是這個(gè)段的數(shù)據(jù)太少了。解決方法是重新設(shè)計(jì)分箱策略，不過(guò)本文的目的是解釋整個(gè)流程，做個(gè)baseline，這里就不優(yōu)化了，讀者有興趣的話可以自己研究下如何優(yōu)化。

五、驗(yàn)證并上線

我們寫(xiě)個(gè)函數(shù)把原始特征的值轉(zhuǎn)換成評(píng)分卡里的值。函數(shù)名是calculate_score_with_card，也就是下圖里的最后一個(gè)函數(shù)，其他三個(gè)函數(shù)是輔助函數(shù)。

我們隨機(jī)選取五個(gè)好的樣本和五個(gè)壞的樣本，來(lái)驗(yàn)證下他們的效果。

可以看到，好的樣本分?jǐn)?shù)評(píng)分都比壞樣本分?jǐn)?shù)低，說(shuō)明了評(píng)分卡的有效性。例如上面的例子，好的樣本分?jǐn)?shù)都是500以上，壞的樣本都在500以下。雖然換些樣本會(huì)發(fā)現(xiàn)未必完全準(zhǔn)確，但總體來(lái)說(shuō)能識(shí)別較多的壞客戶。

最后上線后，我們要需要設(shè)計(jì)個(gè)策略，告訴審核員，哪些分?jǐn)?shù)的客戶直接拒絕，那些分?jǐn)?shù)的客戶可以直接接受，哪些分?jǐn)?shù)的客戶需要人工審核。策略大概如下表所示。（下圖的分值只是大概寫(xiě)些數(shù)字舉例，實(shí)際還需要計(jì)算得出最佳決策方案）

至此，一個(gè)效果還不錯(cuò)的評(píng)分卡就產(chǎn)出了。

總結(jié)

本文首先講述了評(píng)分卡的分類(lèi)、優(yōu)缺點(diǎn)。接下來(lái)，結(jié)合了完整的可以馬上運(yùn)行的代碼，中間穿插理論，講解了評(píng)分卡的開(kāi)發(fā)流程。完整的代碼在https://www.kaggle.com/orange90/credit-scorecard-example。

最后，把方法論再梳理一次，加深大家理解，大家可以把下面這段復(fù)制到自己的筆記上，以后工作時(shí)隨時(shí)用到。

0. 數(shù)據(jù)探究
觀測(cè)有沒(méi)null值
觀察數(shù)據(jù)分布
1. 樣本選取
可以用前后各取樣的方法來(lái)選擇驗(yàn)證集
或者隨機(jī)抽樣30%作為驗(yàn)證集
2. 變量選取
分箱
通過(guò)IV值選取有效特征
把特征變成WOE表現(xiàn)形式
3. 邏輯回歸
觀測(cè)驗(yàn)證集的AUC
4. 評(píng)分卡轉(zhuǎn)換
根據(jù)邏輯回歸的公式轉(zhuǎn)換
設(shè)置PDO，基準(zhǔn)分等
5. 驗(yàn)證并上線
驗(yàn)證結(jié)果
設(shè)計(jì)策略