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2019-01-03 18:52:31
之前我们曾经学习了简单线性回归模型的推导、sklearn实战,并尝试从零搭建了一个简单线性回归的模型工具。
有任何问题都可以在下方留言,我都会耐心解答。
但是我们遇到的数据并不总是线性的,这时如果我们还拿线性模型去拟合,我们模型的效果就会大打折扣。不过不用担心,我们仍然可以使用线性回归的方法来拟合非线性的数据,只不过我们要先对输入数据做一些处理。
我们先来回顾一下简单线性回归的假设:
假如我们通过散点图发现变量y与x之间的关系大致符合二次分布,那么上述的假设就不太合适了,我们可以假设:
我们的残差依然是:
与简单线性回归相同,我们的目标是最小化残差平方和:
然后我们分别对α、β1和β2求偏导,使其为0,我们可以得到三个等式,求解即可。
这部分推理与简单线性回归的推理部分极为相似,感兴趣的可以直接阅读我的《三步教你从零掌握简单线性回归》一文。
那么接下来,我们就直接来看scikit-learn实战部分了。先放代码和输出,然后我们再详解一下:
import numpy as np from sklearn.linear_model import LinearRegression from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns sns.set() X_train = [[6], [8], [10], [14], [18]] y_train = [[7], [9], [13], [17.5], [18]] X_test = [[6], [8], [11], [16]] y_test = [[8], [12], [15], [18]] # 简单线性回归 model = LinearRegression() model.fit(X_train, y_train) xx = np.linspace(0, 26, 100) yy = model.predict(xx.reshape(xx.shape[0], 1)) plt.scatter(x=X_train, y=y_train, color='k') plt.plot(xx, yy, '-g') # 多项式回归 quadratic_featurizer = PolynomialFeatures(degree=2) X_train_quadratic = quadratic_featurizer.fit_transform(X_train) X_test_quadratic = quadratic_featurizer.fit_transform(X_test) model2 = LinearRegression() model2.fit(X_train_quadratic, y_train) xx2 = quadratic_featurizer.transform(xx[:, np.newaxis]) yy2 = model2.predict(xx2) plt.plot(xx, yy2, '-r') print('X_train: ', X_train) print('X_train_quadratic: ', X_train_quadratic) print('X_test: ', X_test) print('X_test_quadratic: ', X_test_quadratic) print('简单线性回归R2:', model.score(X_test, y_test)) print('二次回归R2:', model2.score(X_test_quadratic, y_test));
输出为:
X_train: [[6], [8], [10], [14], [18]] X_train_quadratic: [[ 1. 6. 36.] [ 1. 8. 64.] [ 1. 10. 100.] [ 1. 14. 196.] [ 1. 18. 324.]] X_test: [[6], [8], [11], [16]] X_test_quadratic: [[ 1. 6. 36.] [ 1. 8. 64.] [ 1. 11. 121.] [ 1. 16. 256.]] 简单线性回归R2: 0.809726797707665 二次回归R2: 0.8675443656345073
我们来看看在每一步我们都做了什么。
第一步,我们导入了必要的库。
第二步,我们创建了训练集和测试集。
第三步,我们拟合了简单线性回归,并且绘制了预测的直线。
第四步,我们使用sklearn.preprocessing.PolynomialFeatures方法,将我们的原始特征集生成了n*3的数据集,其中第一列对应常数项α,相当于x的零次方,因此这一列都是1;第二列对应一次项,因此这一列与我们的原始数据是一致的;第三列对应二次项,因此这一列是我们原始数据的平方。
第四步,我们拿前边用PolynomialFeatures处理的数据集做一个多元线性回归,然后用训练好的模型预测一条曲线,并将其绘制出来。
第五步,输出数据方便理解;输出模型分数用于对比效果。
看到这里你可能已经明白了,多项式回归虽然拟合了多项式曲线,但其本质仍然是线性回归,只不过我们将输入的特征做了些调整,增加了它们的多次项数据作为新特征。其实除了多项式回归,我们还可以使用这种方法拟合更多的曲线,我们只需要对原始特征作出不同的处理即可。
你学会了吗?