sklearn转换器和估计器&k-近邻

写在前面

​ 本篇博客主要介绍了

• 应用KNeighborsClassifier实现分类
• 应用GridSearchCV实现算法参数的调优

sklearn转换器和估计器

​ 转换器：特征工程的接口

• fit_transform
• fit
• transform

估计器

• 用于分类的估计器：
  • sklearn.neighbors k-近邻算法
  • sklearn.naive_bayes 贝叶斯
  • sklearn.linear_model.LogisticRegression 逻辑回归
  • sklearn.tree 决策树与随机森林
• 用于回归的估计器：
  • sklearn.linear_model.LinearRegression 线性回归
  • sklearn.linear_model.Ridge 岭回归
• 用于无监督学习的估计器
  • sklearn.cluster.KMeans 聚类

工作流程

K-近邻算法

定义

​ 如果一个样本在特征空间中的k个最相似(即特征空间中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别，则该样本也属于这个类别。

​ 可以参看下面这幅图，图源百度百科

如果K=3，绿色圆点的最近的3个邻居是2个红色小三角形和1个蓝色小正方形，少数从属于多数，基于统计的方法，判定绿色的这个待分类点属于红色的三角形一类。

如果K=5，绿色圆点的最近的5个邻居是2个红色三角形和3个蓝色的正方形，还是少数从属于多数，基于统计的方法，判定绿色的这个待分类点属于蓝色的正方形一类

距离公式

• 欧式公式

  

K-近邻算法API

• sklearn.neighbors.KNeighborsClassifier(n_neighbors=5,algorithm='auto')
  • n_neighbors：int,可选（默认= 5），k_neighbors查询默认使用的邻居数
  • algorithm：{‘auto’，‘ball_tree’，‘kd_tree’，‘brute’}，可选用于计算最近邻居的算法：‘ball_tree’将会使用 BallTree，‘kd_tree’将使用 KDTree。‘auto’将尝试根据传递给fit方法的值来决定最合适的算法。 (不同实现方式影响效率)

数据

​ sklearn提供的鸢尾花数据集

代码

from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier

def knn_iris():
    # 1.获取数据
    iris = load_iris()
    # 2.划分数据集
    x_train,x_test,y_train,y_test = train_test_split(iris.data,iris.target,random_state=6)
    # 3.特征工程
    transfer = StandardScaler()
    x_train = transfer.fit_transform(x_train)
    x_test = transfer.transform(x_test)
    # 4.KNN算法预估器
    estimator = KNeighborsClassifier(n_neighbors=3)
    estimator.fit(x_train,y_train)
    # 5.模型评估
    y_predict = estimator.predict(x_test)
    print("y_predict：
",y_predict)
    print("比对真实值和预测值：
",y_test == y_predict)
    score = estimator.score(x_test,y_test)
    print("准确率为：
",score)

    return None

结果

结果分析

• k值取很小：容易受到异常点的影响
• k值取很大：受到样本均衡的问题
• 距离计算上面，时间复杂度高

K-近邻总结

• 优点：
  • 简单，易于理解，易于实现，无需训练
• 缺点：
  • 懒惰算法，对测试样本分类时的计算量大，内存开销大
  • 必须指定K值，K值选择不当则分类精度不能保证
• 使用场景：小数据场景

模型选择与调优

交叉验证定义

将拿到的训练数据，分为训练和验证集。以下图为例：将数据分成5份，其中一份作为验证集。然后经过5次(组)的测试，每次都更换不同的验证集。即得到5组模型的结果，取平均值作为最终结果。又称5折交叉验证。

超参数搜索-网格搜索

​ 通常情况下，有很多参数是需要手动指定的（如k-近邻算法中的K值），这种叫超参数。但是手动过程繁杂，所以需要对模型预设几种超参数组合。每组超参数都采用交叉验证来进行评估。最后选出最优参数组合建立模型。

模型选择与调优API

• sklearn.model_selection.GridSearchCV(estimator, param_grid=None,cv=None)
  • 对估计器的指定参数值进行详尽搜索
  • estimator：估计器对象
  • param_grid：估计器参数(dict){“n_neighbors”:[1,3,5]}
  • cv：指定几折交叉验证
  • fit：输入训练数据
  • score：准确率
  • 结果分析：
    • bestscore:在交叉验证中验证的最好结果_
    • bestestimator：最好的参数模型
    • cvresults:每次交叉验证后的验证集准确率结果和训练集准确率结果

数据

​ sklearn提供的鸢尾花数据集

代码

from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
from sklearn.model_selection import GridSearchCV

def knn_iris_gscv():
    # 1.获取数据
    iris = load_iris()
    # 2.划分数据集
    x_train,x_test,y_train,y_test = train_test_split(iris.data,iris.target,random_state=6)
    # 3.特征工程
    transfer = StandardScaler()
    x_train = transfer.fit_transform(x_train)
    x_test = transfer.transform(x_test)
    # 4.KNN算法预估器
    estimator = KNeighborsClassifier(n_neighbors=3)
    param_dict = {"n_neighbors":[1,3,5,7,9,11]}
    estimator = GridSearchCV(estimator,param_grid=param_dict,cv=10)
    estimator.fit(x_train,y_train)
    # 5.模型评估
    y_predict = estimator.predict(x_test)
    print("y_predict：
",y_predict)
    print("比对真实值和预测值：
",y_test == y_predict)
    score = estimator.score(x_test,y_test)
    print("准确率为：
",score)
    print("最佳参数：
",estimator.best_params_)
    print("最佳结果：
", estimator.best_score_)
    print("最佳估计器：
", estimator.best_estimator_)
    print("交叉验证结果：
", estimator.cv_results_)
    return None

部分结果