Анализ выбросов CO₂ автомобилей

Цель: понять, как характеристики автомобилей (класс, объём двигателя, топливо, трансмиссия и т.д.) связаны с выбросами CO₂.

Задачи:

1. подготовить и очистить данные (co2.csv),
2. провести EDA и визуализации,
3. выявить основные зависимости,
4. попробовать простую модель для прогноза CO₂.

Источник данных

Этот датасет содержит информацию о технических характеристиках автомобилей, расходе топлива и выбросах CO₂. Данные собраны для анализа влияния различных параметров автомобилей на их экологический след и предсказания выбросов CO₂ с помощью моделей регрессии.

Переменные в датасете:

• Make – Производитель автомобиля (строка, object).
• Model – Модель автомобиля (строка, object).
• Vehicle Class – Класс автомобиля (строка, object).
• Engine Size (L) – Объем двигателя в литрах (число, float64).
• Cylinders – Количество цилиндров (число, int64).
• Transmission – Тип трансмиссии (строка, object).
• Fuel Type – Тип топлива (строка, object).
• Fuel Consumption City (L/100 km) – Расход топлива в городе (число, float64).
• Fuel Consumption Hwy (L/100 km) – Расход топлива на шоссе (число, float64).
• Fuel Consumption Comb (L/100 km) – Средний расход топлива (число, float64).
• Fuel Consumption Comb (mpg) – Средний расход топлива в милях на галлон (число, int64).
• CO2 Emissions (g/km) – Выбросы CO₂ в граммах на километр (число, int64).

• Автомобили с объемом двигателя больше 3.0 литров – всего 3 156 моделей. Это подтверждает, что автомобили с мощными двигателями встречаются довольно часто.
• Автомобили с выбросами CO2 менее 150 г/км – всего 155 моделей. Это небольшое количество говорит о том, что большинство автомобилей не являются особо экологичными.
• Автомобили с механической КПП – 1 185 моделей. Несмотря на популярность автоматической коробки передач, механика все еще встречается.
• Автомобили с объемом двигателя более 3.0 литров и выбросами CO2 выше 250 г/км – 2 715 моделей. Подтверждается закономерность: чем больше двигатель, тем выше выбросы.
• Дизельные автомобили с расходом в городе меньше 7 л/100 км – 0 моделей. Видимо, в этом наборе данных нет экономичных дизельных машин.
• Гибридные автомобили с выбросами CO2 меньше 120 г/км – данных нет, что может означать либо малую представленность гибридов, либо их неэффективность в этой базе.

Выбросы CO2 (целевой признак):

• Медиана (центральная линия в ящике) показывает, что половина автомобилей выбрасывает CO2 ниже примерно 246 г/км, а другая половина – выше.
• Ящик (межквартильный размах, IQR) находится между 208 и 288 г/км, что означает, что 50% данных лежат в этом диапазоне.
• Усы (минимальные и максимальные значения без выбросов) показывают, что большинство автомобилей выбрасывает CO2 в пределах от 96 до 400 г/км.
• Выбросы (отдельные точки за пределами усов) – есть автомобили с экстремально высокими выбросами CO2 (до 522 г/км), что может соответствовать мощным двигателям или устаревшим моделям.

Объем двигателя (предиктор):

• Медиана около 3.0 литров, что означает, что половина автомобилей имеет объем двигателя меньше 3.0 литров, а другая половина – больше.
• Ящик (IQR) расположен примерно между 2.0 и 4.5 литрами, что говорит о высокой вариативности объемов двигателей.
• Усы показывают, что типичный диапазон объемов двигателей находится между 1.0 и 6.0 литрами.
• Выбросы – двигатели объемом выше 6.5 литров считаются аномальными, что, вероятно, относится к мощным спортивным или грузовым автомобилям.

Удалено 85 выбросов. Итоговый размер датафрейма: 7300 строк.

Сильная положительная корреляция:

• Выбросы CO2 и расход топлива (Fuel Consumption): Чем выше расход топлива, тем больше выбросы CO2 (коэффициенты > 0.9).

• Объем двигателя (Engine Size) и выбросы CO2: Мощные автомобили с большим двигателем выделяют больше CO2.

• Количество цилиндров (Cylinders) и выбросы CO2: Чем больше цилиндров, тем выше выбросы. Отрицательная корреляция:

• Расход топлива (L/100 km) и его аналог в mpg: Чем выше расход топлива в литрах, тем ниже эффективность в mpg (отрицательная корреляция около -1).

Вывод:

• Можно предсказать выбросы CO2 на основе расхода топлива и объема двигателя.
• Эффективность автомобиля (mpg) обратно пропорциональна его расходу – это ожидаемый результат.
• Автомобили с большим числом цилиндров потребляют больше топлива и выбрасывают больше CO2.

• Распределение объема двигателя – показывает, что большинство автомобилей имеют объем двигателя в пределах 1-2 литров.
• Распределение выбросов CO2 – демонстрирует, что выбросы CO2 в основном сосредоточены в диапазоне 150-300 г/км.
• Распределение расхода топлива в городе – основная масса автомобилей потребляет от 10 до 15 литров на 100 км.

• Типы топлива – бензин (Z) и дизель (D) являются наиболее популярными.
• Топ-10 трансмиссий – автоматические коробки передач встречаются чаще, чем механические.
• Топ-10 классов автомобилей – компактные, среднеразмерные и внедорожники доминируют в выборке.

Уравнение модели: y = 0.66 + 0.82 * X Метрики качества модели: MAE: 0.23 MSE: 0.10 RMSE: 0.31 R²: 0.9873

• Высокая точность модели – R² ≈ 0.99 подтверждает, что городской расход топлива почти полностью объясняет комбинированный расход.
• Модель предсказывает с низкой ошибкой – в среднем отклонение от реальных значений не превышает 0.31 л/100 км.
• Этот предиктор слишком очевидный – комбинированный расход топлива напрямую зависит от городского, поэтому в более сложных моделях его можно исключить, чтобы избежать мультиколлинеарности. ​