python机器学习经典实例-学习笔记2

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标记编码方法

1.在监督学习中，经常需要处理各种各样的标记。这些标记可能是数字，也可能是单词。

【补充：sklearn 中的 name.fit(variable)的意思是提取变量variable的特征，即将相同的数据进行合并。】

label_encoder = preprocessing.LabelEncoder()
input_classes = ['audi', 'ford', 'audi', 'toyota', 'ford', 'bmw']
label_encoder.fit(input_classes)#
print ("\nClass mapping:")
print(label_encoder.classes_)
for i, item in enumerate(label_encoder.classes_):
    print (item, '-->', i)

for i, item in enumerate(input_classes):
    print (item, '-->', i)

第3行：合并变量input_classes中的相同的变量。

第5行：输出fit后的结果为： ['audi' 'bmw' 'ford' 'toyota']

第一个for循环输出经过fit后的结果：

audi --> 0
bmw --> 1
ford --> 2
toyota --> 3

第二个for循环是未经过fit的结果（完全输出）：

audi --> 0
ford --> 1
audi --> 2
toyota --> 3
ford --> 4
bmw --> 5

可以看出0和2、1和4的变量是重复的。

2. 就像前面结果显示的那样，单词被转换成从0开始的索引值。现在，如果你遇到一组标记，

就可以非常轻松地转换它们了

标签的查询

labels = ['toyota', 'ford', 'audi']#查询索引的标签
encoded_labels = label_encoder.transform(labels)#转换成总标签label_encoder对应的位置
print ("\nLabels =", labels)
print ("Encoded labels =", list(encoded_labels))

输出结果

Labels = ['toyota', 'ford', 'audi']
Encoded labels = [3, 2, 0]

3. 还可以通过数字反转回单词的功能检查结果的正确性

encoded_labels = [2, 1, 0, 3, 1]
decoded_labels = label_encoder.inverse_transform(encoded_labels)
print ("\nEncoded labels =", encoded_labels)
print ("Decoded labels =", list(decoded_labels))

输出结果

Encoded labels = [2, 1, 0, 3, 1]
Decoded labels = ['ford', 'bmw', 'audi', 'toyota', 'bmw']

创建线性回归器

线性回归的目标是提取输入变量与输出变量的关联线性模型，这就要求实际输出与线性方程

预测的输出的残差平方和（sum of squares of differences）最小化。这种方法被称为普通最小二乘法（Ordinary Least Squares，OLS）。

接下来看看如何用Python建立线性回归模型。

代码资料获取：

http://weixin.qq.com/r/zERKUijEMXVOrWwx9xHe (二维码自动识别)

飓风科技官网：机器学习>代码1

• 取训练和测试的数据：

把输入数据加载到变量X和y，其中X是数据，y是标记。在代码的for循环体中，我们解析每

行数据，用逗号分割字段。然后，把字段转化为浮点数，并分别保存到变量X和y中。

import numpy as np

X = []
y = []
with open('C://Users/imace/Desktop/python_execise/Chapter01/data_singlevar.txt'
          , 'r') as f:
    for line in f.readlines():
        xt, yt = [float(i) for i in line.split(',')]
        X.append(xt)
        y.append(yt)

定义列表X、Y存储变量

读取data_singlevar.txt 文件里的数据

补充：.readlines() 自动将文件内容分析成一个行的列表，该列表可以由 Python 的 for … in … 结构进行处理。另一方面，.readline() 每次只读取一行，通常比 .readlines() 慢得多。仅当没有足够内存可以一次读取整个文件时，才应该使用 .readline()，读取的文件类型是字符串。

split()：拆分字符串。通过指定分隔符对字符串进行切片，并返回分割后的字符串列表（list）

name.append() 方法用于在列表末尾添加新的对象。

• 验证算法-训练数据//测试数据

建立机器学习模型时，需要用一种方法来验证模型，检查模型是否达到一定的满意度

（satisfactory level）。为了实现这个方法，把数据分成两组：训练数据集（training dataset）与测试数据集（testing dataset）。训练数据集用来建立模型，测试数据集用来验证模型对未知数据的学习效果。因此，先把数据分成训练数据集与测试数据集：

# Train/test split
num_training = int(0.8 * len(X))
num_test = len(X) - num_training

# Training data
X_train = np.array(X[:num_training]).reshape((num_training,1))
y_train = np.array(y[:num_training])

# Test data
X_test = np.array(X[num_training:]).reshape((num_test,1))
y_test = np.array(y[num_training:])

这里用80%的数据作为训练数据集，其余20%的数据作为测试数据集。

X[:num_training]

X既不是行也不是列向量。虽然我们可能知道它应该被解释为目标值的一维数组，fit()但是现在还不够聪明，不知道该如何处理它。因此.reshape((num_training,1))将其定义成成一列（我试了：一行不可以。原因未知）

• 3. 现在已经准备好训练模型。接下来创建一个回归器对象

调用线性回归模块

# Create linear regression object
from sklearn import linear_model

linear_regressor = linear_model.LinearRegression()

# Train the model using the training sets
linear_regressor.fit(X_train, y_train)

fit()可以说是调用的通用方法。fit(X)，表示用数据X来训练某种模型。 函数返回值一般为调用fit方法的对象本身。fit(X,y=None)为无监督学习算法，fit(X,Y)为监督学习算法。

• 4. 我们利用训练数据集训练了线性回归器。向fit方法提供输入数据即可训练模型。用下面的代码看看它如何拟合。

import matplotlib.pyplot as plt
y_train_pred = linear_regressor.predict(X_train)
plt.figure()
plt.scatter(X_train, y_train, color='green')
plt.plot(X_train, y_train_pred, color='red', linewidth=2)
plt.title('Training data')
plt.show()

如图

训练结果

• 接下来用模型对测试数据集进行预测，然后画出来看。

y_test_pred = linear_regressor.predict(X_test)
# Plot outputs
import matplotlib.pyplot as plt

plt.scatter(X_test, y_test, color='green')
plt.plot(X_test, y_test_pred, color='black', linewidth=2)
#plt.xticks(())
#plt.yticks(())
plt.show()

测试结果

• 衡量回归器拟合效果的重要指标

1. 平均绝对误差（mean absolute error）：这是给定数据集的所有数据点的绝对误差平均值。
2. 均方误差（mean squared error）：这是给定数据集的所有数据点的误差的平方的平均值。这是最流行的指标之一。
3. 中位数绝对误差（median absolute error）：这是给定数据集的所有数据点的误差的中位数。这个指标的主要优点是可以消除异常值（outlier）的干扰。测试数据集中的单个坏点不会影响整个误差指标，均值误差指标会受到异常点的影响。
4. 解释方差分（explained variance score）：这个分数用于衡量我们的模型对数据集波动的解释能力。如果得分1.0分，那么表明我们的模型是完美的。
5. R方得分（R2 score）：这个指标读作“R方”，是指确定性相关系数，用于衡量模型对未知样本预测的效果。最好的得分是1.0，值也可以是负数。

# Measure performance
import sklearn.metrics as sm
print ("Mean absolute error =", round(sm.mean_absolute_error(y_test, y_test_pred), 2) )
print ("Mean squared error =", round(sm.mean_squared_error(y_test, y_test_pred), 2) )
print ("Median absolute error =", round(sm.median_absolute_error(y_test, y_test_pred), 2) )
print ("Explain variance score =", round(sm.explained_variance_score(y_test, y_test_pred), 2) )
print ("R2 score =", round(sm.r2_score(y_test, y_test_pred), 2))

结果out：

Mean absolute error = 0.54
Mean squared error = 0.38
Median absolute error = 0.54
Explain variance score = 0.68
R2 score = 0.68

• 模型的存储与调用

在机器学习中，我们常常需要把训练好的模型存储起来，这样在进行决策时直接将模型读出，而不需要重新训练模型，这样就大大节约了时间。Python提供的pickle模块就很好地解决了这个问题，它可以序列化对象并保存到磁盘中，并在需要的时候读取出来，任何对象都可以执行序列化操作。

Pickle模块中最常用的函数为：

（1）pickle.dump(obj, file, [,protocol])

函数的功能：将obj对象序列化存入已经打开的file中。

参数讲解：

• obj：想要序列化的obj对象。
• file:文件名称。
• protocol：序列化使用的协议。如果该项省略，则默认为0。如果为负值或HIGHEST_PROTOCOL，则使用最高的协议版本。

# Model persistence
import  pickle

output_model_file = '3_model_linear_regr.pkl'

with open(output_model_file, 'wb') as f:
    pickle.dump(linear_regressor, f)

with open(output_model_file, 'rb') as f:
    model_linregr = pickle.load(f)

y_test_pred_new = model_linregr.predict(X_test)
print ("\nNew mean absolute error =", round(sm.mean_absolute_error(y_test, y_test_pred_new), 2) )

调用结果out：

New mean absolute error = 0.54

未完待续。。。。。。

下一节--岭回归器、多项式回归器

2019/3/20