机器学习基础-逻辑回归-09

逻辑回归

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正确率/召回率/F1指标

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梯度下降法-逻辑回归

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sklearn.metrics import classification_report
from sklearn import preprocessing
# 数据是否需要标准化
scale = True
# 载入数据
data = np.genfromtxt("LR-testSet.csv", delimiter=",")
x_data = data[:,:-1]
y_data = data[:,-1]
    
def plot():
    x0 = []
    x1 = []
    y0 = []
    y1 = []
    # 切分不同类别的数据
    for i in range(len(x_data)):
        if y_data[i]==0:
            x0.append(x_data[i,0])
            y0.append(x_data[i,1])
        else:
            x1.append(x_data[i,0])
            y1.append(x_data[i,1])

    # 画图
    scatter0 = plt.scatter(x0, y0, c='b', marker='o')
    scatter1 = plt.scatter(x1, y1, c='r', marker='x')
    #画图例
    plt.legend(handles=[scatter0,scatter1],labels=['label0','label1'],loc='best')
    
plot()
plt.show()

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# 数据处理,添加偏置项
x_data = data[:,:-1]
y_data = data[:,-1,np.newaxis]

print(np.mat(x_data).shape)
print(np.mat(y_data).shape)
# 给样本添加偏置项
X_data = np.concatenate((np.ones((100,1)),x_data),axis=1)
print(X_data.shape)

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def sigmoid(x):
    return 1.0/(1+np.exp(-x))

def cost(xMat, yMat, ws):
    left = np.multiply(yMat, np.log(sigmoid(xMat*ws)))
    right = np.multiply(1 - yMat, np.log(1 - sigmoid(xMat*ws)))
    return np.sum(left + right) / -(len(xMat))

def gradAscent(xArr, yArr):
    
    if scale == True:
        xArr = preprocessing.scale(xArr)
    xMat = np.mat(xArr)
    yMat = np.mat(yArr)
    
    lr = 0.001
    epochs = 10000
    costList = []
    # 计算数据行列数
    # 行代表数据个数,列代表权值个数
    m,n = np.shape(xMat)
    # 初始化权值
    ws = np.mat(np.ones((n,1)))
    
    for i in range(epochs+1):             
        # xMat和weights矩阵相乘
        h = sigmoid(xMat*ws)   
        # 计算误差
        ws_grad = xMat.T*(h - yMat)/m
        ws = ws - lr*ws_grad 
        
        if i % 50 == 0:
            costList.append(cost(xMat,yMat,ws))
    return ws,costList
# 训练模型,得到权值和cost值的变化
ws,costList = gradAscent(X_data, y_data)
print(ws)

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if scale == False:
    # 画图决策边界
    plot()
    x_test = [[-4],[3]]
    y_test = (-ws[0] - x_test*ws[1])/ws[2]
    plt.plot(x_test, y_test, 'k')
    plt.show()
# 画图 loss值的变化
x = np.linspace(0,10000,201)
plt.plot(x, costList, c='r')
plt.title('Train')
plt.xlabel('Epochs')
plt.ylabel('Cost')
plt.show()

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# 预测
def predict(x_data, ws):
    if scale == True:
        x_data = preprocessing.scale(x_data)
    xMat = np.mat(x_data)
    ws = np.mat(ws)
    return [1 if x >= 0.5 else 0 for x in sigmoid(xMat*ws)]

predictions = predict(X_data, ws)

print(classification_report(y_data, predictions))

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sklearn-逻辑回归

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sklearn.metrics import classification_report
from sklearn import preprocessing
from sklearn import linear_model
# 数据是否需要标准化
scale = False
# 载入数据
data = np.genfromtxt("LR-testSet.csv", delimiter=",")
x_data = data[:,:-1]
y_data = data[:,-1]
    
def plot():
    x0 = []
    x1 = []
    y0 = []
    y1 = []
    # 切分不同类别的数据
    for i in range(len(x_data)):
        if y_data[i]==0:
            x0.append(x_data[i,0])
            y0.append(x_data[i,1])
        else:
            x1.append(x_data[i,0])
            y1.append(x_data[i,1])

    # 画图
    scatter0 = plt.scatter(x0, y0, c='b', marker='o')
    scatter1 = plt.scatter(x1, y1, c='r', marker='x')
    #画图例
    plt.legend(handles=[scatter0,scatter1],labels=['label0','label1'],loc='best')
    
plot()
plt.show()

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logistic = linear_model.LogisticRegression()
logistic.fit(x_data, y_data)

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if scale == False:
    # 画图决策边界
    plot()
    x_test = np.array([[-4],[3]])
    y_test = (-logistic.intercept_ - x_test*logistic.coef_[0][0])/logistic.coef_[0][1]
    plt.plot(x_test, y_test, 'k')
    plt.show()

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predictions = logistic.predict(x_data)

print(classification_report(y_data, predictions))

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梯度下降法-非线性逻辑回归

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sklearn.metrics import classification_report
from sklearn import preprocessing
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
# 数据是否需要标准化
scale = False
# 载入数据
data = np.genfromtxt("LR-testSet2.txt", delimiter=",")
x_data = data[:,:-1]
y_data = data[:,-1,np.newaxis]
    
def plot():
    x0 = []
    x1 = []
    y0 = []
    y1 = []
    # 切分不同类别的数据
    for i in range(len(x_data)):
        if y_data[i]==0:
            x0.append(x_data[i,0])
            y0.append(x_data[i,1])
        else:
            x1.append(x_data[i,0])
            y1.append(x_data[i,1])

    # 画图
    scatter0 = plt.scatter(x0, y0, c='b', marker='o')
    scatter1 = plt.scatter(x1, y1, c='r', marker='x')
    #画图例
    plt.legend(handles=[scatter0,scatter1],labels=['label0','label1'],loc='best')
    
plot()
plt.show()

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# 定义多项式回归,degree的值可以调节多项式的特征
poly_reg  = PolynomialFeatures(degree=3) 
# 特征处理
x_poly = poly_reg.fit_transform(x_data)
def sigmoid(x):
    return 1.0/(1+np.exp(-x))

def cost(xMat, yMat, ws):
    left = np.multiply(yMat, np.log(sigmoid(xMat*ws)))
    right = np.multiply(1 - yMat, np.log(1 - sigmoid(xMat*ws)))
    return np.sum(left + right) / -(len(xMat))

def gradAscent(xArr, yArr):
    
    if scale == True:
        xArr = preprocessing.scale(xArr)
    xMat = np.mat(xArr)
    yMat = np.mat(yArr)
    
    lr = 0.03
    epochs = 50000
    costList = []
    # 计算数据列数,有几列就有几个权值
    m,n = np.shape(xMat)
    # 初始化权值
    ws = np.mat(np.ones((n,1)))
    
    for i in range(epochs+1):             
        # xMat和weights矩阵相乘
        h = sigmoid(xMat*ws)   
        # 计算误差
        ws_grad = xMat.T*(h - yMat)/m
        ws = ws - lr*ws_grad 
        
        if i % 50 == 0:
            costList.append(cost(xMat,yMat,ws))
    return ws,costList
# 训练模型,得到权值和cost值的变化
ws,costList = gradAscent(x_poly, y_data)
print(ws)

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# 获取数据值所在的范围
x_min, x_max = x_data[:, 0].min() - 1, x_data[:, 0].max() + 1
y_min, y_max = x_data[:, 1].min() - 1, x_data[:, 1].max() + 1

# 生成网格矩阵
xx, yy = np.meshgrid(np.arange(x_min, x_max, 0.02),
                     np.arange(y_min, y_max, 0.02))

# np.r_按row来组合array, 
# np.c_按colunm来组合array
# >>> a = np.array([1,2,3])
# >>> b = np.array([5,2,5])
# >>> np.r_[a,b]
# array([1, 2, 3, 5, 2, 5])
# >>> np.c_[a,b]
# array([[1, 5],
#        [2, 2],
#        [3, 5]])
# >>> np.c_[a,[0,0,0],b]
# array([[1, 0, 5],
#        [2, 0, 2],
#        [3, 0, 5]])
z = sigmoid(poly_reg.fit_transform(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]).dot(np.array(ws)))# ravel与flatten类似,多维数据转一维。flatten不会改变原始数据,ravel会改变原始数据
for i in range(len(z)):
    if z[i] > 0.5:
        z[i] = 1
    else:
        z[i] = 0
z = z.reshape(xx.shape)

# 等高线图
cs = plt.contourf(xx, yy, z)
plot() 
plt.show()

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# 预测
def predict(x_data, ws):
#     if scale == True:
#         x_data = preprocessing.scale(x_data)
    xMat = np.mat(x_data)
    ws = np.mat(ws)
    return [1 if x >= 0.5 else 0 for x in sigmoid(xMat*ws)]

predictions = predict(x_poly, ws)

print(classification_report(y_data, predictions))

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test = [[2,3]]
# 定义多项式回归,degree的值可以调节多项式的特征
poly_reg  = PolynomialFeatures(degree=3) 
# 特征处理
x_poly = poly_reg.fit_transform(test)
x_poly

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# 获取数据值所在的范围
x_min, x_max = x_data[:, 0].min() - 1, x_data[:, 0].max() + 1
y_min, y_max = x_data[:, 1].min() - 1, x_data[:, 1].max() + 1

# 生成网格矩阵
xx, yy = np.meshgrid(np.arange(x_min, x_max, 0.02),
                     np.arange(y_min, y_max, 0.02))

plt.scatter(xx,yy)
plt.show()

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sklearn-非线性逻辑回归

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn import linear_model
from sklearn.datasets import make_gaussian_quantiles
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
# 生成2维正态分布,生成的数据按分位数分为两类,500个样本,2个样本特征
# 可以生成两类或多类数据
x_data, y_data = make_gaussian_quantiles(n_samples=500, n_features=2,n_classes=2)

plt.scatter(x_data[:, 0], x_data[:, 1], c=y_data)
plt.show()

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logistic = linear_model.LogisticRegression()
logistic.fit(x_data, y_data)

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# 获取数据值所在的范围
x_min, x_max = x_data[:, 0].min() - 1, x_data[:, 0].max() + 1
y_min, y_max = x_data[:, 1].min() - 1, x_data[:, 1].max() + 1

# 生成网格矩阵
xx, yy = np.meshgrid(np.arange(x_min, x_max, 0.02),
                     np.arange(y_min, y_max, 0.02))

# np.r_按row来组合array, 
# np.c_按colunm来组合array
# >>> a = np.array([1,2,3])
# >>> b = np.array([5,2,5])
# >>> np.r_[a,b]
# array([1, 2, 3, 5, 2, 5])
# >>> np.c_[a,b]
# array([[1, 5],
#        [2, 2],
#        [3, 5]])
# >>> np.c_[a,[0,0,0],b]
# array([[1, 0, 5],
#        [2, 0, 2],
#        [3, 0, 5]])
z = logistic.predict(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()])# ravel与flatten类似,多维数据转一维。flatten不会改变原始数据,ravel会改变原始数据
z = z.reshape(xx.shape)
# 等高线图
cs = plt.contourf(xx, yy, z)
# 样本散点图
plt.scatter(x_data[:, 0], x_data[:, 1], c=y_data)
plt.show()

print('score:',logistic.score(x_data,y_data))

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# 定义多项式回归,degree的值可以调节多项式的特征
poly_reg  = PolynomialFeatures(degree=5) 
# 特征处理
x_poly = poly_reg.fit_transform(x_data)
# 定义逻辑回归模型
logistic = linear_model.LogisticRegression()
# 训练模型
logistic.fit(x_poly, y_data)

# 获取数据值所在的范围
x_min, x_max = x_data[:, 0].min() - 1, x_data[:, 0].max() + 1
y_min, y_max = x_data[:, 1].min() - 1, x_data[:, 1].max() + 1

# 生成网格矩阵
xx, yy = np.meshgrid(np.arange(x_min, x_max, 0.02),
                     np.arange(y_min, y_max, 0.02))

# np.r_按row来组合array, 
# np.c_按colunm来组合array
# >>> a = np.array([1,2,3])
# >>> b = np.array([5,2,5])
# >>> np.r_[a,b]
# array([1, 2, 3, 5, 2, 5])
# >>> np.c_[a,b]
# array([[1, 5],
#        [2, 2],
#        [3, 5]])
# >>> np.c_[a,[0,0,0],b]
# array([[1, 0, 5],
#        [2, 0, 2],
#        [3, 0, 5]])
z = logistic.predict(poly_reg.fit_transform(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]))# ravel与flatten类似,多维数据转一维。flatten不会改变原始数据,ravel会改变原始数据
z = z.reshape(xx.shape)
# 等高线图
cs = plt.contourf(xx, yy, z)
# 样本散点图
plt.scatter(x_data[:, 0], x_data[:, 1], c=y_data)
plt.show()

print('score:',logistic.score(x_poly,y_data))

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