学习曲线是什么?
学习曲线(learning curve)来判断模型状态:过拟合欠拟合
学习曲线是不同训练集大小,模型在训练集和验证集上的得分变化曲线。也就是以样本数为横坐标,训练和交叉验证集上的得分(如准确率)为纵坐标。learning curve可以帮助我们判断模型现在所处的状态:过拟合(overfiting / high variance) or 欠拟合(underfitting / high bias)
模型欠拟合、过拟合、偏差和方差平衡 时对应的学习曲线如下图所示:
(1)左上角的图中训练集和验证集上的曲线能够收敛。在训练集合验证集上准确率相差不大,却都很差。这说明模拟对已知数据和未知都不能进行准确的预测,属于高偏差。这种情况模型很可能是欠拟合。可以针对欠拟合采取对应的措施。
欠拟合措施:
我们可以增加模型参数(特征),比如,构建更多的特征,减小正则项。
采用更复杂的模型
此时通过增加数据量是不起作用的。(为什么?)
(2)右上角的图中模型在训练集上和验证集上的准确率差距很大。说明模型能够很好的拟合已知数据,但是泛化能力很差,属于高方差。模拟很可能过拟合,要采取过拟合对应的措施。
过拟合措施:
我们可以增大训练集,降低模型复杂度,增大正则项,
或者通过特征选择减少特征数,即做一下feature selection,挑出较好的feature的subset来做training
(3)理想情况是找到偏差和方差都很小的情况,即收敛且误差较小。如右角的图。
【画学习曲线】
不用过于理解,直接参照如下函数,调用使用吧。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.learning_curve import learning_curve
# 用sklearn的learning_curve得到training_score和cv_score,使用matplotlib画出learning curve
def plot_learning_curve(estimator, title, X, y, ylim=None, cv=None, n_jobs=1,
train_sizes=np.linspace(.05, 1., 20), verbose=0, plot=True):
"""
画出data在某模型上的learning curve.
参数解释
----------
estimator : 你用的分类器。
title : 表格的标题。
X : 输入的feature,numpy类型
y : 输入的target vector
ylim : tuple格式的(ymin, ymax), 设定图像中纵坐标的最低点和最高点
cv : 做cross-validation的时候,数据分成的份数,其中一份作为cv集,其余n-1份作为training(默认为3份)
n_jobs : 并行的的任务数(默认1)
"""
train_sizes, train_scores, test_scores = learning_curve(
estimator, X, y, cv=cv, n_jobs=n_jobs, train_sizes=train_sizes, verbose=verbose)
train_scores_mean = np.mean(train_scores, axis=1)
train_scores_std = np.std(train_scores, axis=1)
test_scores_mean = np.mean(test_scores, axis=1)
test_scores_std = np.std(test_scores, axis=1)
if plot:
plt.figure()
plt.title(title)
if ylim is not None:
plt.ylim(*ylim)
plt.xlabel(u"训练样本数")
plt.ylabel(u"得分")
plt.gca().invert_yaxis()
plt.grid()
plt.fill_between(train_sizes, train_scores_mean - train_scores_std, train_scores_mean + train_scores_std,
alpha=0.1, color="b")
plt.fill_between(train_sizes, test_scores_mean - test_scores_std, test_scores_mean + test_scores_std,
alpha=0.1, color="r")
plt.plot(train_sizes, train_scores_mean, 'o-', color="b", label=u"训练集上得分")
plt.plot(train_sizes, test_scores_mean, 'o-', color="r", label=u"交叉验证集上得分")
plt.legend(loc="best")
plt.draw()
plt.show()
plt.gca().invert_yaxis()
midpoint = ((train_scores_mean[-1] + train_scores_std[-1]) + (test_scores_mean[-1] - test_scores_std[-1])) / 2
diff = (train_scores_mean[-1] + train_scores_std[-1]) - (test_scores_mean[-1] - test_scores_std[-1])
return midpoint, diff
plot_learning_curve(clf, u"学习曲线", X, y)
输出如下:
其中
plot_learning_curve(clf, u"学习曲线", X, y)
clf 是模型的对象,X是训练集(不包含标签),y是标签,
X,y,和clf 变量名称出自
[ Kaggle——高分泰坦尼克灾难生存预测详细讲解(LR、Bagging) ]
这篇博客的值。