R手册(Machine Learning)--mlr (Part 2)

目录

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R手册(Machine Learning)–mlr (Part 1)
R手册(Machine Learning)–mlr (Part 2)

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Configuration (配置)

用getMlrOptions()查看mlr 的现有设置
用configureMlr()更改mlr的默认设置

参数：

• show.info：(traning, tuning, resampling,etc)是否展示默认冗长的输出，默认TRUE
• on.learner.error：怎样控制learner的错误， “stop”(default), “warn”, “quiet”
• on.learner.warning：怎样控制learner的警告，”warn”(default) , “quiet”
• on.par.without.desc：超参数控制，”stop”(default), “warn” ,”quiet”
• on.par.out.of.bounds：超参数超出边界值，”stop”(default) ,”warn”, “quiet”
• on.measure.not.applicable：评估指标对learner不适用，”stop”(default) , “warn”, “quiet”
• show.learner.output：learner在训练的时候输出到控制台，默认TRUE
• on.error.dump：是否为crashed learner创建一个error dump，当on.learner.error 没有被指定为”stop” 时，默认TRUE

Parallelization (并行)

mlr结合parallelMap包利用多核和集群运算加快运行速度，mlr自动发现能进行并行的操作。

开始并行：parallelStart(mode=,cpus=,level=)
结束并行：parallelStop()

参数	说明
mode	决定并行的方式
“local”	无并行性，简单的使用mapply
“multicore”	单机器上多核，使用parallel::mclapply，windows上不适用
“socket”	多核socked mode
“mpi”	一个或多个机器上集群运算，使用parallel::makeCluster and parallel::clusterMap
“BatchJobs”	批排队HPC集群，使用BatchJobs::batchMap
cpus	使用的物理内核数
level	控制并行，使用”mlr.benchmark” “mlr.resample” “mlr.selectFeatures” “mlr.tuneParams” “mlr.ensemble”

Imputation (插补)

impute(obj=,target=,cols=,dummy.cols=,dummy.type=)
缺失的数据进行插补，返回一个列表，包括插补过额数据集或task，和插补描述

reimpute(obj=,desc=)用已被impute创建的插补描述(description, desc)插补缺失值

• obj= data.frame or task
• target= 指定目标变量，将不会被插补
• cols= 要插补的列名或逻辑列表
• dummy.cols= 建立NA(T/F)列的列名
• dummy.type= 设定”numeric”，用(0,1)代替(T/F)
• 也能用classes 和dummy.classes 代替cols

传递给cols或classes的list示例：
cols=list(V1=imputeMean()) V1是要插补的列，imputeMean()为要插补的方法

允许的插补方法	说明
imputeConst(const=)	常数
imputeMedian()	中位数
imputeMode()	众数
imputeMin(multiplier=)	最小值
imputeMax(multiplier=)	最大值
imputeNormal(mean=,sd=)	正态插补
imputeHist(breaks=,use.mids=)
imputeLearner(learner=,features=)	模型插补

Feature Extraction (特征提取)

1. Feature filtering(特征筛选)

filterFeatures(task=,method=,perc=,abs=,threshold=)
按特征的重要性进行排序，选择其中的top n percent(perc=), top n(abs=) or 设定阈值(threshold=)，返回task，没有被筛选的特征将会被删除。

默认的筛选方法为"randomForestSRC.rfsrc"，也可以设置其他方法：
“anova.test” “carscore” “cforest.importance”
“chi.squared” “gain.ratio” “information.gain”
“kruskal.test” “linear.correlation” “mrmr” “oneR”
“permutation.importance” “randomForest.importance”
“randomForestSRC.rfsrc” “randomForestSRC.var.select”
“rank.correlation” “relief”
“symmetrical.uncertainty” “univariate.model.score”
“variance”

2. Feature selection(特征选择)

selectFeatures(learner=,task=, resampling=,measures=,control=)
用一个特征选择算法(control)重抽样和建立模型，反复选择不同的特征集，直到找到最好的特征集。返回FeatSelResult对象，包括最佳选择和最佳路径。

tsk = subsetTask(tsk,features=fsr$x)应用最佳选择结果(fsr)到task(tsk)

特征选择算法(control)：

• makeFeatSelControlExhaustive(max.features=)尝试每一种特征组合，可选参数max.features
• makeFeatSelControlRandom(maxit=,prob=,max.features=)随机抽取特征集(概率prob,default 0.5) 迭代(maxit,default 100)，返回其中最好的。
• makeFeatSelControlSequential(method=,maxit=,max.features=,alpha=,beta=)用以下的迭代算法搜寻，评估：
  “sfs” forward search, “sffs” floating forward search,
  “sbs” backward search , “sfbs” floating backward search,
  “alpha” 每次增加一个特征来改善评估，取最少特征集
  “beta” 每次移除一个特征来改善评估，取最少特征集
• makeFeatSelControlGA(maxit=,max.features=,mu=,lambda=,crossover.rate=,mutation.rate=)随机特征向量的遗传算法，然后利用最佳性能的交叉来产生后代，代代相传，参数：
  mu是父系规模
  lambda 是子系规模
  crossover.rate 从第一亲本选择一点的概率
  mutation.rate 是翻转的概率(on or off)

Benchmarking (基准点)

benchmark(learners=,tasks=,resamplings=,measures=)
允许进行简单的比较：执行单一task的多重learner，执行多重task的单一learner，或者执行多重task的多重learner，返回一个基准结果对象。
基准结果被函数getBMR<object>接收：
AggrPerformance
FeatSelResults FilteredFeatures LearnerIds
LeanerShortNames Learners MeasureIds Measures
Models Performances Predictions TaskDescs TaskIds
TuneResults

mlr内置了许多有趣的task，对基准学习很有帮助：
agri.task bc.task bh.task costiris.task iris.task
lung.task mtcars.task pid.task sonar.task
wpbc.task yeast.task

Visualization (可视化)

1. 可视化总表

生成数据函数	ggplot2绘图函数	ggvis绘图函数	说明
generateThreshVsPerfData	plotThresVsPerf	plotThreshVsPerfGGVIS	性能
	plotROCCurves	-	ROC分析
generateCritDifferencesData	plotCritDifferences	-	基准实验
generateHyperParsEffectData	plotHyperParsEffect		调整，超参数调整效果
generateFilterValuesData	plotFilterValues	plotFilterValuesGGVIS	功能选择
generateLearningCurveData	plotLearningCurve	plotLearningCurveGGVIS	学习曲线
generatePartialDependenceData	plotPartialDependence	plotPartialDependenceGGVIS	部分依赖情节
generateFunctionalANOVAData
generateCalibrationData	plotCalibration	-	分类器校准图

2. 可视化函数说明

Performance	表现
generateThreshVsPerfData(obj=,measures=)	获得二分类问题不同切分点评估质量，促使选出最优阈值(threshold)
plotThreshVsPerf(obj)	用ThreshVsPerfData数据作出阈值可视化表现
plotROCCurves(obj)	用ThreshVsPerfData数据做出ROC曲线，一定要设定measures=list(fpr,tpr)
Residuals	残差
plotResiduals(obj=)	为Prediction 或BenchmarkResult对象作残差

示例

n = getTaskSize(sonar.task)
train.set = sample(n, size = round(2/3 * n))
test.set = setdiff(seq_len(n), train.set)

lrn1 = makeLearner("classif.lda", predict.type = "prob")
mod1 = train(lrn1, sonar.task, subset = train.set)
pred1 = predict(mod1, task = sonar.task, subset = test.set)

df = generateThreshVsPerfData(pred1, measures = list(fpr, tpr, mmce))
performance(pred1, auc)
#>      auc 
#> 0.847973
plotThreshVsPerf(df)

lrn2 = makeLearner("classif.ksvm", predict.type = "prob")  # 需要载入包kernlab
mod2 = train(lrn2, sonar.task, subset = train.set)
pred2 = predict(mod2, task = sonar.task, subset = test.set)

df = generateThreshVsPerfData(list(lda = pred1, ksvm = pred2), measures = list(fpr, tpr))
plotROCCurves(df)

Learning curve	学习曲线
generateLearningCurveData(learners=,task=,resampling=,percs=,measures=)	获得不同百分比的task data上做模型评估质量数据
plotLearningCurve(obj=)	比较数据的已使用和模型质量的关系，使用LearningCurveData对象

示例

r = generateLearningCurveData(
  learners = c("classif.rpart", "classif.knn"),
  task = sonar.task,
  percs = seq(0.1, 1, by = 0.2),
  measures = list(tp, fp, tn, fn),
  resampling = makeResampleDesc(method = "CV", iters = 5),
  show.info = FALSE)
plotLearningCurve(r)

Feature importance	特征重要性
generateFilterValuesData(task=,method=)	用指定的选择方法获得排序的特征重要性
plotFilterValues(obj=)	可视化特征重要性，FilterValuesData对象

示例

fv = generateFilterValuesData(iris.task)
plotFilterValues(fv)

Hyperparameters tuning	超参数调优
generateHyperParsEffectData(tune.result=)	获得不同超参数的影响
plotHyperParsEffect(hyperpars.effect.data=,x=,y=,z=)	可视化超参数影响，HyperParsEffectData对象
plotOptPath(op=)	可视化最优进程详情，<obj>$opt.path对象， <obj>是 tuneResult或 featSelResult类的对象。
plotTuneMultiCritResult(res=)	展示pareto图，多重评估质量的调优结果

示例

ps = makeParamSet(
  makeNumericParam("C", lower = -5, upper = 5, trafo = function(x) 2^x)
)
ctrl = makeTuneControlGrid()
rdesc = makeResampleDesc("Holdout")
lrn = makeTuneWrapper("classif.ksvm", control = ctrl,
                      measures = list(acc, mmce), resampling = rdesc, par.set = ps, show.info = FALSE)
res = resample(lrn, task = pid.task, resampling = cv2, extract = getTuneResult, show.info = FALSE)
data = generateHyperParsEffectData(res)
plotHyperParsEffect(data, x = "C", y = "acc.test.mean", plot.type = "line")

Partial dependence	部分依赖
generatePartialDependenceData(obj=,input=)	获得模型(obj)的部分依赖预测，通过每一次的特征数据输入(input)
plotPartialDependence(obj=)	部分依赖图，PartialDependenceData对象

示例

lrn.regr = makeLearner("regr.ksvm")
fit.regr = train(lrn.regr, bh.task)
pd.regr = generatePartialDependenceData(fit.regr, bh.task, "lstat", fun = median)
plotPartialDependence(pd.regr)

lrn.classif = makeLearner("classif.ksvm", predict.type = "prob")
fit.classif = train(lrn.classif, iris.task)
pd.classif = generatePartialDependenceData(fit.classif, iris.task, "Petal.Length", fun = median)
plotPartialDependence(pd.classif)

Benchmarking	基准点
plotBMRBoxplots(bmr=)	表现的分类图
plotBMRSummary(bmr=)	平均表现的散点图
plotBMRRanksAsBarChart(bmr=)	learner 排序柱形图

Other	其他图
generateCritDifferencesData(bmr=,measure=,p.value=,test=)	执行临界差检验,用bonforroni-dunn(“bd”) 或”Nemenyi”检验
plotCritDifferences(obj=)	临界点检验可视化
generateCalibrationData(obj=)	评估概率预测与真实发生率的校准
plotCalibration(obj=)	校准图

Wrappers (封装器)

封装器使具有附加功能的学习者融合。mlr把带有封装器的learner看作一个单独的learner，超参数的封装也会与基础模型参数联合调谐。带包装的模型将应用于新数据。

Preprocessing and imputation	预处理和插补
makeDummyFeaturesWrapper(learner=)
makeImputeWrapper(learner=,classes=,cols=)
makePreprocWrapper(learner=,train=,predict=)
makePreprocWrapperCaret(learner=,…)
makeRemoveConstantFeaturesWrapper(learner=)
Class imbance	类别不平衡
makeOverBaggingWrapper(learner=)
makeSMOTEWrapper(learner=)
makeUndersampleWrapper(learner=)
makeWeightedClassesWrapper(learner=)
Cost-sensitive	成本分析
makeCostSensClassifWrapper(learner=)
makeCostSensRegrWrapper(learner=)
makeCostSensWeightedPairsWrapper(learner=)
Multilabel classification	多标签分类
makeMultilabelBinaryRelevanceWrapper(learner=)
makeMultilabelClassifierChainsWrapper(learner=)
makeMultilabelDBRWrapper(learner=)
makeMultilabelNestedStackingWrapper(learner=)
makeMultilabelStackingWrapper(learner=)
Other	其他
makeBaggingWrapper(learner=)
makeConstantClassWrapper(learner=)
makeDownsampleWrapper(learner=,dw.perc=)
makeFeatSelWrapper(learner=,resampling=,control=)
makeFilterWrapper(learner=,fw.perc=,fw.abs=,fw.threshold=)
makeMultiClassWrapper(learner=)
makeTuneWrapper(learner=,resampling=,par.set=,control=)

Nested Resampling (嵌套重采样)

mlr支持嵌套重采样进行复杂操作，例如通过包装来调优和特征选择等。为了获得良好的泛化性能估计和避免数据泄漏，建议使用外部（用于调优/特征选择）和内部（对于基本模型）重采样过程。

• 外部重采样能在resample, benchmark中被指定
• 内部重采样能在makeTuneWrapper, makeFeatSelWrapper, etc中被指定

Ensembles (集成)

makeStackedLearner(base.learners=,super.learner=,method=)将多重learner集成
参数：

• base.learners= 使用初始预测的learners
• super.learner= 使用最终预测的learners
• method= 组合base learners预测的方法
  “average”：所有base learners的平均
  “stack.nocv” “stack.cv”：在base learners的结果上训练super learner (with or without cross-validation)
  “hill.climb”：搜索最优权重平均
  “compress”：用神经网络实现更快的性能

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