线性回归算法可以说是回归算法里面最简单的一种。
适用场景:预测数值型目标,建立输入特征和输出之间的线性关系。
案例:预测房价。根据房屋特征(面积、卧室数量等),建立线性关系来估计房价。
代码:
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
# 设置中文显示
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
# 数据
area = np.array([50, 75, 100, 120, 150])
price = np.array([120, 180, 220, 250, 300])
# 执行线性回归
coefficients = np.polyfit(area, price, 1)
m, b = coefficients
# 创建预测模型
predict_model = np.poly1d(coefficients)
# 生成预测值
predicted_price = predict_model(area)
# 绘制原始数据点
plt.scatter(area, price, label='实际数据点')
# 绘制线性回归线
plt.plot(area, predicted_price, label=f'线性回归: y = {m:.2f}x + {b:.2f}', color='red')
# 添加标签和图例
plt.xlabel('房屋面积(平方米)')
plt.ylabel('价格(万元)')
plt.title('线性回归')
plt.legend()
# 显示图形
plt.show()
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 设置中文显示
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
# 生成模拟数据
np.random.seed(42)
X = 2 * np.random.rand(100, 1)
y = 4 + 3 * X + np.random.randn(100, 1)
# 转换为PyTorch的Tensor
X_tensor = torch.from_numpy(X).float()
y_tensor = torch.from_numpy(y).float()
# 定义线性回归模型
class LinearRegressionModel(nn.Module):
def __init__(self, input_size, output_size):
super(LinearRegressionModel, self).__init__()
self.linear = nn.Linear(input_size, output_size)
def forward(self, x):
return self.linear(x)
# 实例化模型
input_size = 1
output_size = 1
model = LinearRegressionModel(input_size, output_size)
# 定义损失函数和优化器
criterion = nn.MSELoss()
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)
# 训练模型
num_epochs = 100
for epoch in range(num_epochs):
# Forward pass
outputs = model(X_tensor)
loss = criterion(outputs, y_tensor)
# Backward pass and optimization
optimizer.zero_grad()
loss.backward()
optimizer.step()
# 打印训练过程中的损失
if (epoch+1) % 10 == 0:
print(f'Epoch [{epoch+1}/{num_epochs}], Loss: {loss.item():.4f}')
# 绘制模型预测结果和真实数据
predicted = model(X_tensor).detach().numpy()
plt.scatter(X, y, label='实际数据点')
plt.plot(X, predicted, label='模型预测', color='red')
plt.xlabel('房屋面积(平方米)')
plt.ylabel('价格(万元)')
plt.title('线性回归')
plt.legend()
plt.show()
生成对应的图像:
是不是看着比简单的回归复杂很多,深度模型解决的回归问题还要比这复杂得多。
适用场景:处理非线性关系,通过添加多项式特征来拟合曲线。
案例:预测股票价格。使用多项式回归来拟合价格与时间之间的非线性关系。
代码:
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.linear_model import LinearRegression
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
from sklearn.metrics import mean_squared_error
# 设置中文显示
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
# 生成模拟数据
np.random.seed(42)
X = 2 * np.random.rand(100, 1)
y = 4 + 3 * X + np.random.randn(100, 1)
# 选择多项式次数
degree = 2
# 构建设计矩阵
poly_features = PolynomialFeatures(degree=degree, include_bias=False)
X_poly = poly_features.fit_transform(X)
# 使用线性回归拟合多项式特征
lin_reg = LinearRegression()
lin_reg.fit(X_poly, y)
# 预测
X_new = np.linspace(0, 2, 100).reshape(-1, 1)
X_new_poly = poly_features.transform(X_new)
y_new = lin_reg.predict(X_new_poly)
# 绘制结果
plt.scatter(X, y, label='True data')
plt.plot(X_new, y_new, 'r-', label='Predictions', linewidth=2)
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('y')
plt.title('多项式线性回归')
plt.legend()
plt.show()
# 评估模型
y_pred = lin_reg.predict(X_poly)
mse = mean_squared_error(y, y_pred)
print(f'Mean Squared Error: {mse:.4f}')
适用场景:适用于非线性数据,创建树状结构进行回归预测。
案例:天气预测。基于多个天气因素,预测温度。
适用场景:用于回归任务,具有高度的鲁棒性。
案例:股票价格预测。使用多个随机森林树来预测未来的股票价格。
适用场景:用于二分类或多分类任务,预测概率分布。
案例:垃圾邮件分类。根据邮件内容来判断是否是垃圾邮件。
适用场景:结合了 Ridge 和 Lasso 的优点,适用于高维数据和特征选择。
案例:医学诊断。处理具有大量特征的患者数据,选择最相关的特征。
适用场景:处理多重共线性问题,添加L2正则化以防止过拟合。
案例:预测学生成绩。处理多个高度相关的特征,如学习时间、家庭支持等。
适用场景:用于特征选择和稀疏性,通过L1正则化将一些特征的权重设为零。
案例:预测产品销量。确定哪些产品特征对销售额的影响最大。