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sklearn crash course

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Jason Lee
Jason Lee
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前言​

油管视频教程。想到哪儿写到哪儿。

如何让 jupyter notebook 切换到 venv 环境​

首先在虚拟环境下的 cmd 中运行：

pip install ipykernel

然后，在在虚环境中将当前的虚拟环境添加到 Jupyter Notebook 的 kernel 中：

python -m ipykernel install --name 虚环境名称 --display-name 虚环境名称 --user

框架​

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上图是用 sklearn 完成机器学习任务的一般框架。首先数据类型分为特征（X）和标签（y）。pipeline（管道、流程）包含数据归一化（preprocessing 的一种）和模型（model）。pipeline 有两个重要 api：fit 和 predict，前者训练，后者测试。

如果要确定超参数的值，且训练数据有限的情况下，需要用交叉验证（Cross validation, CV）。用法是：

mod = GridSearchCV(estimator=pipe, param_grid={
    'model__n_neighbors': [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
    },
    cv=3)

其中，estimator 是 pipeline 或者 model，param_grid 是需要确定的超参数，是一个字典，键是'model__[name]'的格式，cv 表示要将数据分为几折来进行交叉验证。

完整代码如下：

from sklearn.datasets import load_boston
from sklearn.neighbors import KNeighborsRegressor
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.model_selection import GridSearchCV
import pandas as pd

mod = GridSearchCV(estimator=pipe, param_grid={
    'model__n_neighbors': [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
    },
    cv=3)
mod.fit(X, y);

## 查看交叉验证的结果
pd.DataFrame(mod.cv_results_)

预处理​

视频以一个存在离群点的场景为例，说明预处理措施的作用。离群点会导致模型预测的偏差。

16956472633051695647262551.png

最容易想到的预处理方式是正态分布化，但是离群点问题仍然存在。因此，采用一种均匀分布方法：QuantileTransformer。

16956474313051695647430838.png

可以看出，离群点不明显了。

另外，增加特征的维数（PolynomialFeatures）也在预处理范畴内。增加特征维数可以更好地捕获数据中的特征关系。

最后介绍了 One Hot Encoding，一种经典的将文本数据转为数值特征（标签）的预处理措施。

总结一下，sklearn 中，调用预处理措施的格式是：Transformer().fit_transform(data).

指标​

precision_score：分母是模型预测为正类的个数，分子是模型预测正类正确的个数。

recall_score: 分母是样本中所有正类的个数，分子是分母中模型预测正类正确的个数。

GridSearchCV （或者 model 和 pipeline）可以使用 scoring 来自定义目标函数。而自定义的损失函数需要 make_scorer 生成。

from sklearn.model_selection import GridSearchCV
from sklearn.metrics import precision_score, recall_score, make_scorer

def min_recall_precision(est, X, y_true, sample_weight=None):
    y_pred = est.predict(X)
    recall = recall_score(y_true, y_pred)
    precision = precision_score(y_true, y_pred)
    return min(recall, precision)

grid = GridSearchCV(
    estimator=LogisticRegression(max_iter=1000),
    param_grid={'class_weight': [{0: 1, 1: v} for v in np.linspace(1, 20, 30)]},
    scoring={'precision': make_scorer(precision_score),
             'recall': make_scorer(recall_score),
             'min_both': min_recall_precision},
    refit='min_both',
    return_train_score=True,
    cv=10,
    n_jobs=-1
)