• 机器学习入门-随机森林预测气温-减少特征-研究时间和精度的关系


    我们进行了两部分的实验:

                  1:提取特征重要性之和大于95%的前5个特征,进行结果的预测,并统计时间

                        直接使用特征进行结果的预测,统计时间

                  2:在上述的基础上,研究了少量数据集所花的时间,以及精度的差异

    代码:

    第一步:数据读取

    第二步:pd.dummies() 对文本标签进行one-hot编码

    第三步:提取特征和标签

    第四步:将特征和标签分为训练集和验证集

    第五步:建立模型对数据进行预测,并统计时间

    第六步:对特征重要性进行排序,选择出重要性最大的前5个特征

    第七步:对提取出的特征进行训练和预测,统计时间

    第八步:对原始的数据进行训练和测试,统计时间

    第九步:画出时间,错误,准确度三者的条形图

    import pandas as pd
    import numpy as np
    import matplotlib.pyplot as plt
    from sklearn.model_selection import train_test_split
    from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor
    import time
    
    # 第一步读取数据
    data = pd.read_csv('data/temps_extended.csv')
    # 第二步:对文本标签使用one-hot编码
    data = pd.get_dummies(data)
    # 第三步:提取特征和标签
    X = data.drop('actual', axis=1)
    feature_names = np.array(X.columns)
    y = np.array(data['actual'])
    X = np.array(X)
    # 第四步:使用train_test_split进行样本的拆分
    train_x, test_x, train_y, test_y = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42)
    # 第五步:建立模型进行预测
    start_time = time.time()
    rf = RandomForestRegressor(random_state=42, n_estimators=1000)
    rf.fit(train_x, train_y)
    pre_y = rf.predict(test_x)
    
    time_extend = time.time() - start_time
    print(time_extend)
    # MSE
    mse = round(abs(pre_y - test_y).mean(), 2)
    error = abs(pre_y - test_y).mean()
    # MAPE
    mape = round(((1 - abs(pre_y - test_y) / test_y)*100).mean(), 2)
    print(mse, mape)
    # 第六步:选取特征重要性加和达到95%的特征
    # 获得特征重要性的得分
    feature_importances = rf.feature_importances_
    # 将特征重要性得分和特征名进行组合
    feature_importances_names = [(feature_name, feature_importance) for feature_name, feature_importance in
                                 zip(feature_names, feature_importances)]
    # 对特征重要性进行按照特征得分进行排序
    feature_importances_names = sorted(feature_importances_names, key=lambda x: x[1], reverse=True)
    # 获得排序后的特征名
    feature_importances_n = [x[0] for x in feature_importances_names]
    # 获得排序后的特征重要性得分
    feature_importances_v = [x[1] for x in feature_importances_names]
    
    # 画出特征重要性(已经经过排序)的条形图
    plt.style.use('fivethirtyeight')
    plt.bar(range(len(feature_importances_n)), feature_importances_v, orientation='vertical')
    plt.xticks(range(len(feature_importances_n)), feature_importances_n, rotation='vertical')
    plt.show()
    
    # 将特征重要性进行加和做plot图
    feature_importances_v_add = np.cumsum(feature_importances_v)
    plt.style.use('fivethirtyeight')
    figure = plt.figure()
    plt.plot(feature_importances_n, feature_importances_v_add, 'r-')
    plt.plot(feature_importances_n, [0.95 for x in range(len(feature_importances_n))], 'b--')
    plt.xticks(rotation=90)
    plt.show()
    # 使用np.where找出第几个特征下,特征的重要性大于95
    little_feature_name = feature_importances_n[:np.where([feature_importances_v_add > 0.95])[1][0]+1]
    
    # 第七步:使用选取的特征做训练和预测并统计时间
    X = data[little_feature_name].values
    y = data['actual'].values
    
    # 使用train_test_split进行样本的拆分
    train_x, test_x, train_y, test_y = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42)
    # 建立模型进行预测
    start_time = time.time()
    rf = RandomForestRegressor(random_state=42, n_estimators=1000)
    rf.fit(train_x, train_y)
    pre_y = rf.predict(test_x)
    little_time = time.time() - start_time
    # MSE
    mse_little = round(abs(pre_y - test_y).mean(), 2)
    # MAPE
    mape_little = round(((1 - abs(pre_y - test_y) / test_y)*100).mean(), 2)
    print(mse_little, mape_little)
    little_error = abs(pre_y - test_y).mean()
    
    descrese_time = abs((little_time - time_extend) / time_extend)
    print(descrese_time)
    decrese_accuraccy = abs((mape_little - mape) / mape_little)
    
    
    result_pd = pd.DataFrame({'feature':['all', 'P-5'], 'error':[error, little_error], 'time':[time_extend, little_time]})
    print(result_pd)

                       不同的特征个数的对比图

    # 使用原来的数据进行计算
    data = pd.read_csv('data/temps.csv')
    # 对文本标签使用one-hot编码
    data = pd.get_dummies(data)
    # 提取特征和标签
    X = data.drop('actual', axis=1)
    y = np.array(data['actual'])
    X = np.array(X)
    # 使用train_test_split进行样本的拆分
    train_x, test_x, train_y, test_y = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42)
    # 建立模型进行预测
    start_time = time.time()
    Original_rf = RandomForestRegressor(random_state=42, n_estimators=1000)
    Original_rf.fit(train_x, train_y)
    pre_y = Original_rf.predict(test_x)
    time_orignal = time.time() - start_time
    # MSE
    mse_original = round(abs(pre_y - test_y).mean(), 2)
    error_original = abs(pre_y - test_y).mean()
    
    # MAPE
    mape_original = round(((1 - abs(pre_y - test_y) / test_y)*100).mean(), 2)
    print(mse_original, mape_original)
    
    # 将时间,error和mape进行合并
    
    Result_contrast = pd.DataFrame({'time': [time_orignal, time_extend, little_time],
                                    'error_1': [error_original, error, little_error],
                                    'mape': [mape_original, mape, mape_little], 'model':
                                    ['origin', 'extend', 'litter']})
    # 进行画图操作
    print(Result_contrast.error_1.values)
    fig, ((ax1, ax2, ax3)) = plt.subplots(nrows=3, ncols=1, sharex = True, figsize=(8, 14))
    
    plt.xticks(range(0, 3), list(Result_contrast['model']), )
    
    ax1.bar(range(0, 3), Result_contrast['time'], color=['red', 'blue', 'green'])
    ax1.set_ylim(bottom=0, top=10); ax1.set_ylabel('Time'); ax1.set_title('time contrast')
    ax2.bar(range(0, 3), Result_contrast['error_1'], color=['red', 'blue', 'green'])
    ax2.set_ylim(bottom=0, top=10); ax2.set_ylabel('Error'); ax2.set_title('error contrast')
    ax3.bar(range(0, 3), Result_contrast['mape'], color=['red', 'blue', 'green'])
    ax3.set_ylim(bottom=92, top=94); ax3.set_ylabel('MAPE'); ax3.set_title('mape contrast')
    plt.tight_layout(h_pad=2)
    plt.show()

                                               

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