【机器学习】Sklearn初步学习

简介

更适合于完成传统的机器学习算法（除了深度学习之外的算法），不光在模型使用，所有预处理的操作也包含在其中。 对于API部分有相关文档当不确定相关模型需要的参数等时可以查看API文档;对于Examples部分，不仅可以学习相关代码还可以着重学习数据的可视化

Sklearn官网地址：

scikit-learn: machine learning in Python — scikit-learn 1.3.2 documentation

数据准备

import numpy as np
import os
# % matplotlib inline
import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['axes.labelsize']=14
plt.rcParams['xtick.labelsize']=12
plt.rcParams['ytick.labelsize']=12
import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
np.random.seed(42)

from sklearn.datasets import fetch_openml
'''Mnist数据是图像数据 （28，28，1）的灰度图'''
mnist = fetch_openml("mnist_784", version=1)
# mnist
X,y=mnist["data"],mnist["target"]
print(X.shape)
###分割测试集与训练集
X_train,X_test,y_train,y_test=X[:60000],X[60000:],y[:60000],y[60000:]

##洗牌操作  不希望数据学到由于排序而获得的规律
import numpy as np
shuffle_index=np.random.permutation(60000)
X_train,y_train=X_train.to_numpy()[shuffle_index],y_train.to_numpy()[shuffle_index]


##将十分类问题转为简单的二分类问题
y_train_5=(y_train=="5")
y_test_5=(y_test=="5")
print(y_train_5[:20])
'''训练得到最基本的分类器'''
from sklearn.linear_model import SGDClassifier
sgd_clf=SGDClassifier(max_iter=5,random_state=42)
###代码运行时其中会设计一些随机的策略  每次随机的时候都是一致的

sgd_clf.fit(X_train,y_train_5)##输入训练数据的XY

交叉验证

使用sklearn实现数据的交叉验证示例：

方式一：

from sklearn.model_selection import cross_val_score
score1=cross_val_score(sgd_clf,X_train,y_train_5,cv=3,scoring='accuracy')
'''cv=3   将数据平均分的份数
,scoring='accuracy'  进行评估使用的方法'''
print(score1)

方式二：

'''使用克隆来对参数进行操作 使之参数一致'''
from sklearn.model_selection import StratifiedKFold
from sklearn.base import clone
skflods=StratifiedKFold(n_splits=3,random_state=42,shuffle=True)##将当前数据集分割为多少份
###所得到的每一份的训练集和验证集是不一样的  因而需要遍历每个进行训练
for train_index,test_index in skflods.split(X_train,y_train_5):
    clone_clf=clone(sgd_clf)##克隆分类器的参数值
    ##设定当前一折的XY训练集与测试集  需要注意 全部都是在训练集上进行操作
    X_train_folds=X_train[train_index]
    y_train_folds=y_train_5[train_index]
    X_test_folds=X_train[test_index]
    y_test_folds=y_train_5[test_index]

    clone_clf.fit(X_train_folds,y_train_folds)##训练当前这一折的模型
    y_pred=clone_clf.predict(X_test_folds)##预测数据
    n_correct=sum(y_pred==y_test_folds)##获得预测正确的数量
    print(n_correct/len(y_pred))##准确率

混淆矩阵

构建混淆矩阵是在得到预测值之后进行分析的 得到的将是2×2的矩阵

得到混淆矩阵示例：

from sklearn.model_selection import cross_val_predict
y_train_pred=cross_val_predict(sgd_clf,X_train,y_train_5,cv=3)##获得预测值
from sklearn.metrics import confusion_matrix
confusion_matrix1=confusion_matrix(y_train_5,y_train_pred)##传入y的正确值与预测值
print(confusion_matrix1)

	预测错误值	预测正确值
实际错误值	true negatives（TN）	false?positives(FP)
实际正确值	false negatives(FN)	true positives(TP)

一个完美的分类器应该只要true positives和true negatives，即主对角线元素不为0，其余元素为0

精度：precision=TP/（TP+FP）

召回率：recall=TP/(TP+FN)

阈值越低recall值越高，但是精度会较低；随着阈值增大，recall值减少，精度逐渐增大

在sklearn的metrics中都有计算该指标的方法，示例如下：

###计算精度与召回率 调和平均数
from sklearn.metrics import precision_score,recall_score,f1_score
precision_score1=precision_score(y_train_5,y_train_pred)
recall_score1=recall_score(y_train_5,y_train_pred)
f1_score1=f1_score(y_train_5,y_train_pred)
print(precision_score1,recall_score1,f1_score1)

一般机器学习使用调和平均值F1进行综合评分

ROC曲线

一般运用与分类问题

对于ROC曲线，虚线表示纯随机分类器的ROC曲线；一个好的分类器尽可能远离该线，越朝左上角越好。比较分类器的一种方法是测量曲线下面积(AUC)。完美分类器的ROC AUC等于1，而纯随机分类器的ROC AUC等于0.5。 通过ROC曲线可以较为综合的评估所建立模型的效果如何。

利用sklearn展示ROC曲线示例：

'''分类问题使用ROC曲线'''
from sklearn.metrics import roc_curve
fpr,tpr,thresholds=roc_curve(y_train_5,y_scores)
def plot_roc_curve(fpr,tpr,label=None):
    plt.plot(fpr,tpr,linewidth=2,label=label)
    plt.plot([0,1],[0,1],'k-')
    plt.axis([0,1,0,1])
    plt.xlabel('False Positive Rate',fontsize=16)
    plt.ylabel('True Positive Rate',fontsize=16)
'''绘制ROC曲线'''
plt.figure(figsize=(8,6))
plot_roc_curve(fpr,tpr)
plt.show()
'''进行最终模型的评估'''
from sklearn.metrics import roc_auc_score
roc_auc_score1=roc_auc_score(y_train_5,y_scores)
print(roc_auc_score1)