机器学习（四）——模型调参利器 gridSearchCV（网格搜索）

gridSearchCV（网格搜索）的参数、方法及示例

1.简介

GridSearchCV的sklearn官方网址：

http://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.model_selection.GridSearchCV.html#sklearn.model_selection.GridSearchCV

GridSearchCV，它存在的意义就是自动调参，只要把参数输进去，就能给出最优化的结果和参数。但是这个方法适合于小数据集，一旦数据的量级上去了，很难得出结果。这个时候就是需要动脑筋了。数据量比较大的时候可以使用一个快速调优的方法——坐标下降。它其实是一种贪心算法：拿当前对模型影响最大的参数调优，直到最优化；再拿下一个影响最大的参数调优，如此下去，直到所有的参数调整完毕。这个方法的缺点就是可能会调到局部最优而不是全局最优，但是省时间省力，巨大的优势面前，还是试一试吧，后续可以再拿bagging再优化。

通常算法不够好，需要调试参数时必不可少。比如SVM的惩罚因子C，核函数kernel，gamma参数等，对于不同的数据使用不同的参数，结果效果可能差1-5个点，sklearn为我们提供专门调试参数的函数grid_search。

2.参数说明

class sklearn.model_selection.GridSearchCV(estimator, param_grid, scoring=None, fit_params=None, n_jobs=1, iid=True, refit=True, cv=None, verbose=0, pre_dispatch=‘2*n_jobs’, error_score=’raise’, return_train_score=’warn’)

（1）       estimator

选择使用的分类器，并且传入除需要确定最佳的参数之外的其他参数。每一个分类器都需要一个scoring参数，或者score方法：estimator=RandomForestClassifier(min_samples_split=100,min_samples_leaf=20,max_depth=8,max_features='sqrt',random_state=10),

（2）       param_grid

需要最优化的参数的取值，值为字典或者列表，例如：param_grid =param_test1，param_test1 = {'n_estimators':range(10,71,10)}。

（3）       scoring=None

模型评价标准，默认None,这时需要使用score函数；或者如scoring='roc_auc'，根据所选模型不同，评价准则不同。字符串（函数名），或是可调用对象，需要其函数签名形如：scorer(estimator, X, y)；如果是None，则使用estimator的误差估计函数。具体值的选取看本篇第三节内容。

（4）       fit_params=None

（5）       n_jobs=1

n_jobs: 并行数，int：个数,-1：跟CPU核数一致, 1:默认值

（6）       iid=True

iid:默认True,为True时，默认为各个样本fold概率分布一致，误差估计为所有样本之和，而非各个fold的平均。

（7）       refit=True

默认为True,程序将会以交叉验证训练集得到的最佳参数，重新对所有可用的训练集与开发集进行，作为最终用于性能评估的最佳模型参数。即在搜索参数结束后，用最佳参数结果再次fit一遍全部数据集。

（8）        cv=None

交叉验证参数，默认None，使用三折交叉验证。指定fold数量，默认为3，也可以是yield训练/测试数据的生成器。

（9）       verbose=0, scoring=None

verbose：日志冗长度，int：冗长度，0：不输出训练过程，1：偶尔输出，>1：对每个子模型都输出。

（10）   pre_dispatch=‘2*n_jobs’

指定总共分发的并行任务数。当n_jobs大于1时，数据将在每个运行点进行复制，这可能导致OOM，而设置pre_dispatch参数，则可以预先划分总共的job数量，使数据最多被复制pre_dispatch次

（11）   error_score=’raise’

（12）   return_train_score=’warn’

如果“False”，cv_results_属性将不包括训练分数

回到sklearn里面的GridSearchCV，GridSearchCV用于系统地遍历多种参数组合，通过交叉验证确定最佳效果参数。

3. Scoring parameter:评价标准参数详细说明

 Model-evaluation tools using cross-validation (such as model_selection.cross_val_score andmodel_selection.GridSearchCV) rely on an internal scoring strategy. This is discussed in the section The scoring parameter: defining model evaluation rules.

For the most common use cases, you can designate a scorer object with the scoring parameter; the table below shows all possible values. All scorer objects follow the convention that higher return values are better than lower return values. Thus metrics which measure the distance between the model and the data, like metrics.mean_squared_error, are available as neg_mean_squared_error which return the negated value of the metric.

  

4.属性

（1）cv_results_ : dict of numpy (masked) ndarrays

具有键作为列标题和值作为列的dict，可以导入到DataFrame中。注意，“params”键用于存储所有参数候选项的参数设置列表。

（2）best_estimator_ : estimator

通过搜索选择的估计器，即在左侧数据上给出最高分数（或指定的最小损失）的估计器。 如果refit = False，则不可用。

（3）best_score_ : float    best_estimator的分数

（4）best_params_ : dict   在保存数据上给出最佳结果的参数设置

（5）best_index_ : int      对应于最佳候选参数设置的索引（cv_results_数组）。
search.cv_results _ ['params'] [search.best_index_]中的dict给出了最佳模型的参数设置，给出了最高的平均分数（search.best_score_）。

（6）scorer_ : function

Scorer function used on the held out data to choose the best parameters for the model.

（7）n_splits_ : int

The number of cross-validation splits (folds/iterations).

（8）grid_scores_：给出不同参数情况下的评价结果

 

6.网格搜索实例

import pandas as pd # 数据科学计算工具
import numpy as np # 数值计算工具
import matplotlib.pyplot as plt # 可视化
import seaborn as sns # matplotlib的高级API
from sklearn.model_selection import StratifiedKFold #交叉验证
from sklearn.model_selection import GridSearchCV #网格搜索
from sklearn.model_selection import train_test_split #将数据集分开成训练集和测试集
from xgboost import XGBClassifier                     #xgboost


pima = pd.read_csv("pima_indians-diabetes.csv")
print(pima.head())

x = pima.iloc[:,0:8]
y = pima.iloc[:,8]

seed = 7 #重现随机生成的训练
test_size = 0.33 #33%测试，67%训练
X_train, X_test, Y_train, Y_test = train_test_split(x, y, test_size=test_size, random_state=seed
model = XGBClassifier()               
learning_rate = [0.0001,0.001,0.01,0.1,0.2,0.3] #学习率
gamma = [1, 0.1, 0.01, 0.001]

param_grid = dict(learning_rate = learning_rate,gamma = gamma)#转化为字典格式，网络搜索要求

kflod = StratifiedKFold(n_splits=10, shuffle = True,random_state=7)#将训练/测试数据集划分10个互斥子集，

grid_search = GridSearchCV(model,param_grid,scoring = 'neg_log_loss',n_jobs = -1,cv = kflod)
#scoring指定损失函数类型，n_jobs指定全部cpu跑，cv指定交叉验证
grid_result = grid_search.fit(X_train, Y_train) #运行网格搜索
print("Best: %f using %s" % (grid_result.best_score_,grid_search.best_params_))
#grid_scores_：给出不同参数情况下的评价结果。best_params_：描述了已取得最佳结果的参数的组合
#best_score_：成员提供优化过程期间观察到的最好的评分
#具有键作为列标题和值作为列的dict，可以导入到DataFrame中。
#注意，“params”键用于存储所有参数候选项的参数设置列表。
means = grid_result.cv_results_['mean_test_score']
params = grid_result.cv_results_['params']
for mean,param in zip(means,params):
    print("%f  with:   %r" % (mean,param))

 结果如下：