Python sklearn模型选择

1.主要功能如下：

1.classification分类
2.Regression回归
3.Clustering聚类
4.Dimensionality reduction降维
5.Model selection模型选择
6.Preprocessing预处理

2.主要模块分类：

1.sklearn.base: Base classes and utility function基础实用函数
2.sklearn.cluster: Clustering聚类
3.sklearn.cluster.bicluster: Biclustering 双向聚类
4.sklearn.covariance: Covariance Estimators 协方差估计
5.sklearn.model_selection: Model Selection 模型选择
6.sklearn.datasets: Datasets 数据集
7.sklearn.decomposition: Matrix Decomposition 矩阵分解
8.sklearn.dummy: Dummy estimators 虚拟估计
9.sklearn.ensemble: Ensemble Methods 集成方法
10.sklearn.exceptions: Exceptions and warnings 异常和警告
11.sklearn.feature_extraction: Feature Extraction 特征抽取
12.sklearn.feature_selection: Feature Selection 特征选择
13。sklearn.gaussian_process: Gaussian Processes 高斯过程
14.sklearn.isotonic: Isotonic regression 保序回归
15.sklearn.kernel_approximation: Kernel Approximation 核 逼近
16.sklearn.kernel_ridge: Kernel Ridge Regression  岭回归ridge
17.sklearn.discriminant_analysis: Discriminant Analysis 判别分析
18.sklearn.linear_model: Generalized Linear Models 广义线性模型
19.sklearn.manifold: Manifold Learning 流形学习
20.sklearn.metrics: Metrics 度量 权值
21.sklearn.mixture: Gaussian Mixture Models 高斯混合模型
22.sklearn.multiclass: Multiclass and multilabel classification 多等级标签分类
23.sklearn.multioutput: Multioutput regression and classification 多元回归和分类
24.sklearn.naive_bayes: Naive Bayes 朴素贝叶斯
25.sklearn.neighbors: Nearest Neighbors 最近邻
26.sklearn.neural_network: Neural network models 神经网络
27.sklearn.calibration: Probability Calibration 概率校准
28.sklearn.cross_decomposition: Cross decomposition 交叉求解
29.sklearn.pipeline: Pipeline 管道
30.sklearn.preprocessing: Preprocessing and Normalization 预处理和标准化
31.sklearn.random_projection: Random projection 随机映射
32.sklearn.semi_supervised: Semi-Supervised Learning 半监督学习
33.sklearn.svm: Support Vector Machines 支持向量机
34.sklearn.tree: Decision Tree 决策树
35.sklearn.utils: Utilities 实用工具

3.数据预处理：

from sklearn import preprocessing

• 标准化处理函数

  • 将数据转化为标准正态分布（均值为0，方差为1）

  preprocessing.scale(X,axis=0, with_mean=True, with_std=True, copy=True)

  • 将数据在缩放在固定区间，默认缩放到区间 [0, 1]

  preprocessing.minmax_scale(X,feature_range=(0, 1), axis=0, copy=True)

  • 数据的缩放比例为绝对值最大值，并保留正负号，即在区间 [-1.0, 1.0] 内。唯一可用于稀疏数据 scipy.sparse的标准化

  preprocessing.maxabs_scale(X,axis=0, copy=True)

  • 通过 Interquartile Range (IQR) 标准化数据，即四分之一和四分之三分位点之间

  preprocessing.robust_scale(X,axis=0, with_centering=True, with_scaling=True,copy=True)

• 标准化正态分布类

  • 基于mean和std的标准化

     classpreprocessing.StandardScaler(copy=True, with_mean=True,with_std=True)
     # 属性：
     # scale_：ndarray，缩放比例
     # mean_：ndarray，均值
     # var_：ndarray，方差
     # n_samples_seen_：int，已处理的样本个数，调用partial_fit()时会累加，调用fit()会重设

      # 这里可以根据训练集进行标准化,测试集沿用训练集的标准化方法!
      scaler = preprocessing.StandardScaler().fit(train_data)
      scaler.transform(train_data)
      scaler.transform(test_data)
      # 将每个特征值归一化到一个固定范围
      scaler = preprocessing.MinMaxScaler(feature_range=(0, 1)).fit(train_data)
      scaler.transform(train_data)
      scaler.transform(test_data)

  • 将数据在缩放在固定区间的类，默认缩放到区间 [0, 1]

  classpreprocessing.MinMaxScaler(feature_range=(0, 1),copy=True)：
      # 属性：
      # min_：ndarray，缩放后的最小值偏移量
      # scale_：ndarray，缩放比例
      # data_min_：ndarray，数据最小值
      # data_max_：ndarray，数据最大值
      # data_range_：ndarray，数据最大最小范围的长度

  • 数据的缩放比例为绝对值最大值，并保留正负号，即在区间 [-1.0, 1.0] 内。可以用于稀疏数据scipy.sparse

  classpreprocessing.MaxAbsScaler(copy=True)：
      # 属性：
      # scale_：ndarray，缩放比例
      # max_abs_：ndarray，绝对值最大值
      # n_samples_seen_：int，已处理的样本个数

  • 通过 Interquartile Range (IQR) 标准化数据，即四分之一和四分之三分位点之间

  classpreprocessing.RobustScaler(with_centering=True,with_scaling=True, copy=True)：
      # 属性：
      # center_：ndarray，中心点
      # scale_：ndarray，缩放比例

  • 生成 kernel 矩阵，用于将 svm kernel 的数据标准化

  classpreprocessing.KernelCenterer：

• 以上几个标准化类的方法：

  • fit(X[,y])：根据数据 X 的值，设置标准化缩放的比例
  • transform(X[,y, copy])：用之前设置的比例标准化 X
  • fit_transform(X[, y])：根据 X设置标准化缩放比例并标准化
  • partial_fit(X[,y])：累加性的计算缩放比例
  • inverse_transform(X[,copy])：将标准化后的数据转换成原数据比例
  • get_params([deep])：获取参数
  • set_params(**params)：设置参数

• 正则化

    # 计算两个样本的相似度时必不可少的一个操作，就是正则化。其思想是：首先求出样本的p-范数，然后该样本的所有元素都要除以该范数，这样最终使得每个样本的范数都为1。
    # L1 norm 是指对每个样本的每一个元素都除以该样本的L1范数. 使行和为1
    # eg. 0.47619048 = 10 /(10+4+5+2)
    X = np.array([[10,4,5,2], [1,4,5,7]])
    X_normalized = preprocessing.normalize(X, norm='l1')
    X_normalized                                      
    array([[ 0.47619048,  0.19047619,  0.23809524,  0.0952381 ],
           [ 0.05882353,  0.23529412,  0.29411765,  0.41176471]])

    #L2 norm 是指对每个样本的每一个元素都除以该样本的L2范数. 
    # eg. 0.4 = 1/sqrt(1+1+4)
    X = [[ 1., -1.,  2.],
          [ 2.,  0.,  0.],
          [ 0.,  1., -1.]]
    X_normalized = preprocessing.normalize(X, norm='l2')

    X_normalized                                      
    array([[ 0.40, -0.40,  0.81],
           [ 1.  ,  0.  ,  0.  ],
           [ 0.  ,  0.70, -0.70]])

4.数据集：

将数据集分为训练集和测试集

from sklearn.mode_selection import train_test_split
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42)

# arrays：样本数组，包含特征向量和标签

# test_size：
#　　float-获得多大比重的测试样本 （默认：0.25）
#　　int - 获得多少个测试样本
# train_size: 同test_size

# random_state: int - 随机种子（种子固定，实验可复现）
　　
# shuffle - 是否在分割之前对数据进行洗牌（默认True）

5.模型选择：

• 模型流程：

# 拟合模型
model.fit(X_train, y_train)

# 模型预测
model.predict(X_test)

# 获得这个模型的参数
model.get_params()

# 为模型进行打分
model.score(data_X, data_y) 

• 线性回归

from sklearn.linear_model import LinearRegression
    # 定义线性回归模型
    model = LinearRegression(fit_intercept=True, normalize=False, copy_X=True, n_jobs=1)
    """
    fit_intercept：是否计算截距。False-模型没有截距

    normalize： 当fit_intercept设置为False时，该参数将被忽略。 如果为真，则回归前的回归系数X将通过减去平均值并除以l2-范数而归一化。

     n_jobs：指定线程数
    """

---

• 逻辑回归

from sklearn.linear_model import LogisticRegression
    # 定义逻辑回归模型
    model = LogisticRegression(penalty=’l2’, dual=False, tol=0.0001, C=1.0, 
        fit_intercept=True, intercept_scaling=1, class_weight=None, 
        random_state=None, solver=’liblinear’, max_iter=100, multi_class=’ovr’, 
        verbose=0, warm_start=False, n_jobs=1)

    """
        penalty：使用指定正则化项（默认：l2）
        dual: n_samples > n_features取False（默认）
        C：正则化强度的反，值越小正则化强度越大
        n_jobs: 指定线程数
        random_state：随机数生成器
        fit_intercept: 是否需要常量
    """

---

• 朴素贝叶斯

from sklearn import naive_bayes
    model = naive_bayes.GaussianNB() 
    model = naive_bayes.MultinomialNB(alpha=1.0, fit_prior=True, class_prior=None)
    model = naive_bayes.BernoulliNB(alpha=1.0, binarize=0.0, fit_prior=True, class_prior=None)
    """

        alpha：平滑参数
        fit_prior：是否要学习类的先验概率；false-使用统一的先验概率
        class_prior: 是否指定类的先验概率；若指定则不能根据参数调整
        binarize: 二值化的阈值，若为None，则假设输入由二进制向量组成
    """

---

• 决策树

from sklearn import tree 
    model = tree.DecisionTreeClassifier(criterion=’gini’, max_depth=None, 
        min_samples_split=2, min_samples_leaf=1, min_weight_fraction_leaf=0.0, 
        max_features=None, random_state=None, max_leaf_nodes=None, 
        min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
         class_weight=None, presort=False)
    """
        criterion ：特征选择准则gini/entropy
        max_depth：树的最大深度，None-尽量下分
        min_samples_split：分裂内部节点，所需要的最小样本树
        min_samples_leaf：叶子节点所需要的最小样本数
        max_features: 寻找最优分割点时的最大特征数
        max_leaf_nodes：优先增长到最大叶子节点数
        min_impurity_decrease：如果这种分离导致杂质的减少大于或等于这个值，则节点将被拆分。
    """

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• 支持向量机SVM

    from sklearn.svm import SVC
    model = SVC(C=1.0, kernel=’rbf’, gamma=’auto’)
    """
        C：误差项的惩罚参数C
        gamma: 核相关系数。浮点数，If gamma is ‘auto’ then 1/n_features will be used instead.
    """

---

• knn最近邻算法

    from sklearn import neighbors
    #定义kNN分类模型
    model = neighbors.KNeighborsClassifier(n_neighbors=5, n_jobs=1) # 分类
    model = neighbors.KNeighborsRegressor(n_neighbors=5, n_jobs=1) # 回归
    """
        n_neighbors： 使用邻居的数目
        n_jobs：并行任务数
    """

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• 多层感知器

    from sklearn.neural_network import MLPClassifier
    # 定义多层感知机分类算法
    model = MLPClassifier(activation='relu', solver='adam', alpha=0.0001)
    """
        hidden_layer_sizes: 元祖
        activation：激活函数
        solver ：优化算法{‘lbfgs’, ‘sgd’, ‘adam’}
        alpha：L2惩罚(正则化项)参数。
    """

---

• 交叉验证

    from sklearn.model_selection import cross_val_score
    cross_val_score(model, X, y=None, scoring=None, cv=None, n_jobs=1)
    """
        model：拟合数据的模型
        cv ： k-fold
        scoring: 打分参数-‘accuracy’、‘f1’、‘precision’、‘recall’ 、‘roc_auc’、'neg_log_loss'等等
    """

---

• 检验曲线

from sklearn.model_selection import validation_curve
    train_score, test_score = validation_curve(model, X, y, param_name, param_range, cv=None, scoring=None, n_jobs=1)
    """
        model:用于fit和predict的对象
        X, y: 训练集的特征和标签
        param_name：将被改变的参数的名字
        param_range： 参数的改变范围
        cv：k-fold

    """

6.模型保存：

    # 保存为pickle文件
    import pickle

    # 保存模型
    with open('model.pickle', 'wb') as f:
        pickle.dump(model, f)

    # 读取模型
    with open('model.pickle', 'rb') as f:
        model = pickle.load(f)
    model.predict(X_test)

---

    # sklearn自带方法joblib
    from sklearn.externals import joblib

    # 保存模型
    joblib.dump(model, 'model.pickle')

    #载入模型
    model = joblib.load('model.pickle')