西瓜书3.4 解题报告（python 多分类学习 十折交叉法）

偷懒找了UCI上最小的一个数据集，数据大约是集装箱起重机的转动速度、角度，判断其力量大小（我不懂起重机啊啊啊）

虽然不懂但并不妨碍写代码分类，显然标记就是力量，分为0.3、0.5、0.7三种。具体的模型学习还是使用对率回归，那么数据集如下。

x=np.array([[1,2,6,7,10,8,3,1,6,7,8,9,9,2,6],[-5,5,-2,2,-2,2,-2,2,-5,5,-5,5,0,0,0],[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]])
y=np.array([0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.7,0.7])

因为是多分类问题所以我们要建立多个分类器，这次使用OvR的方法，建立三个分类器也就是要计算出三组参数的值：

b=np.array([[0],[0],[1]])
b1=np.array([[0],[0],[1]])
b2=np.array([[0],[0],[1]])
b3=np.array([[0],[0],[1]])

b是用于计算的时候暂存参数。既然是十折交叉法，那我们每次就取两个样本作为测试集，为了方便计算，每次的训练集我们赋值到另外两个矩阵上，先在全局初始化它们：

x1=np.zeros(shape=(3,13))
y1=np.arange(0,13)

注意这里的y1不能用zeros初始化，否则编译器认为这个y1的shape是（0,13）,会报错，非常要命（躺）。

求参数的主体函数基本不用动，稍微改下参数名以防重复即可：

def fd():
     b11 = 0
     for i in range(13):
          k=np.exp(np.dot(b.T,np.array([x1[:,i]]).T))
          b11=b11-np.array([x1[:,i]])*( y1[i]-(k/(1+k)))
     return b11

def sd():
     b22 = 0
     for i in range(13):
          k = np.exp(np.dot(b.T,np.array([x1[:,i]]).T))
          b22=b22+np.dot(np.array([x1[:,i]]).T,np.array([x1[:,i]])) * (k/(1+k)) * (1-(k/(1+k)))
     return b22


def form():
    mae=0
    ima=0
    b = np.array([[0], [0], [1]])
    while(1):
         ima=0
         for i in range(13):
              k=np.dot(b.T,np.array([x1[:,i]]).T)
              ima=ima+(-y1[i]*k+np.log(1+np.exp(k)))
         if(np.abs(ima-mae)<=0.0001):
              break
         mae=ima
         b11=fd()
         b22=sd()
         b=b-np.dot(linalg.inv(b22),b11.T)
    return b

然后每次OvR我们要对y1进行重新赋值，将值按要求修改为1和0：

def sety(tru):
     for k in range(13):
          if (y1[k] == tru):
               y1[k] = 1
          else:
               y1[k] = 0
     return

tru就是该分类器应当分类为真值的y的原值。

而后为了判断每个分类器的正确率，需要另写一个函数，这里写的这个函数只判断对于单个样本（在全集中的序列号为i）的正误，显然的，

只要应当判断其为1的分类器出错就可以直接确定其出错，虽然这种操作还是有一定风险的（如果其他分类器也判断该例为正该怎么算），

但偷懒就这么写了。

def judg(i):
     s0=0.0
     if (y[i] == 0.3):
          z = np.exp(np.dot(b1.T, np.array([x[:, i]]).T))
     elif (y[i] == 0.5):
          z = np.exp(np.dot(b2.T, np.array([x[:, i]]).T))
     else:
          z = np.exp(np.dot(b3.T, np.array([x[:, i]]).T))
     if (z > 0):
          z=1
     else:
          z=0
     return z

然后就是每次抽取训练集的函数，也就是从x、y中删掉指定两列之后赋值给x1、y1的函数：

def delex(i,j):
     k=0
     for f in range(15):
          if(f!=i and f!=j):
               x1[:,k]=x[:,f]
               k=k+1
     return

def deley(i,j):
     k = 0
     for f in range(y.size):
          if (f != i and f != j):
                y1[k] = y[f]
                k = k + 1
     return

主函数如下：

s=0.0
for i in range(15):
     for j in range(i+1,15):
          s0=0.0
          delex(i,j)
          deley(i,j)
          sety(0.3)
          b1=form()
          deley(i,j)
          sety(0.5)
          b2=form()
          deley(i,j)
          sety(0.7)
          b3=form()
          s=s+(judg(i)+judg(j))/2
          print('第',i,'个与第',j,'个作为测试集时的正确率暂时总和为',s)
s=s/105
print('正确率为：',s)

运行结果：

第 0 个与第 1 个作为测试集时的正确率暂时总和为 1.0...(略)
第 13 个与第 14 个作为测试集时的正确率暂时总和为 105.0
正确率为： 1.0

 留一法同理，修改一下参数数量和一些数字就行，编译器作怪的话可以加一些跳出条件。

补充另一个数据集的读取文件然后进行计算的代码，虽然没有error但是跑了一顿午饭也没跑出什么结果，卡无限循环了，改了个条件终于跑出结果，姑且摆在这里看看。

import numpy as np
from numpy import linalg
import math
import scipy


x=np.ones(shape=(14,178))
y=np.arange(0,178)
x1=np.ones(shape=(14,176))
y1=np.arange(0,176)
b=np.array([[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[1]])
b1=np.array([[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[1]])
b2=np.array([[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[1]])
b3=np.array([[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[1]])


def readdata():
    k=0
    file=open('C:\Users\33298\Desktop\data\2\winedata.txt','r')
    for line in file.readlines():
        clas,alcohol,malic,ash,alcalin,magne,t_phenols,flava,nonfla,proantho,color,hue,od,proli=line.split(',')
        #print(clas,alcohol,malic,ash,alcalin,magne,t_phenols,flava,nonfla,proantho,color,hue,od,proli)
        x[:,k]=np.array([alcohol,malic,ash,alcalin,magne,t_phenols,flava,nonfla,proantho,color,hue,od,proli,1]).T
        y[k]=clas
        k=k+1
    return


def fd():
    b11 = 0
    for i in range(176):
        k = np.exp(np.dot(b.T, np.array([x1[:, i]]).T))
        b11 = b11 - np.array([x1[:, i]]) * (y1[i] - (k / (1 + k)))
    return b11


def sd():
    b22 = 0
    for i in range(176):
        k = np.exp(np.dot(b.T, np.array([x1[:, i]]).T))
        b22 = b22 + np.dot(np.array([x1[:, i]]).T, np.array([x1[:, i]])) * (k / (1 + k)) * (1 - (k / (1 + k)))
    return b22


def form():
    mae = 0
    ima = 0
    b=np.array([[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[0],[1]]) 
    num=10
    while (num):
        ima = 0
        for i in range(176):
            k = np.dot(b.T, np.array([x1[:, i]]).T)
            if(k>1):
                ima=ima+np.log(1+np.exp(-k))
            else:
                ima = ima + (-y1[i] * k + np.log(1 + np.exp(k)))
        if (np.abs(ima - mae) <= 0.000001):
            break
        mae = ima
        b11 = fd()
        b22 = sd()
        b = b - np.dot(linalg.inv(b22), b11.T)
        num-=1
    return b


def sety(tru):
    for k in range(13):
        if (y1[k] == tru):
            y1[k] = 1
        else:
            y1[k] = 0
    return


def judg(i):
    s0 = 0.0
    if (y[i] == 1):
        z = np.exp(np.dot(b1.T, np.array([x[:, i]]).T))
    elif (y[i] == 2):
        z = np.exp(np.dot(b2.T, np.array([x[:, i]]).T))
    else:
        z = np.exp(np.dot(b3.T, np.array([x[:, i]]).T))
    if (z > 0):
        z = 1
    else:
        z = 0
    return z


def delex(i, j):
    k = 0
    for f in range(178):
        if (f != i and f != j):
            x1[:, k] = x[:, f]
            k = k + 1
    return


def deley(i, j):
    k = 0
    for f in range(y.size):
        if (f != i and f != j):
            y1[k] = y[f]
            k = k + 1
    return

readdata()
s = 0.0
for i in range(178):
    for j in range(i + 1, 178):
        s0 = 0.0
        delex(i, j)
        deley(i, j)
        sety(1)
        b1 = form()
        deley(i, j)
        sety(2)
        b2 = form()
        deley(i, j)
        sety(3)
        b3 = form()
        s = s + (judg(i) + judg(j)) / 2
        print('第', i, '个与第', j, '个作为测试集时的正确率暂时总和为', s)
s = s / 15753
print('正确率为：', s)