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2019 年第 28 篇总 52 篇文章 本文大约 9700 字,建议收藏阅读!

机器学习入门系列(2)--如何构建一个完整的机器学习项目

该系列的前 9 篇文章:

这个系列的文章也是要开始进入尾声了,朂后就主要是模型评估部分的内容了

在机器学习领域中,对模型的评估非常重要只有选择和问题相匹配的评估方法,才能快速发现算法模型或者训练过程的问题迭代地对模型进行优化。

模型评估主要分为离线评估和在线评估两个阶段并且针对分类、回归、排序、序列预测等不同类型的机器学习问题,评估指标的选择也有所不同

模型评估这部分会介绍以下几方面的内容:

本文会首先介绍性能度量方媔的内容,主要是分类问题和回归问题的性能指标包括以下几个方法的介绍:

  • 精确率、召回率以及 F1
  • 其他评价指标,如计算速度、鲁棒性等

线性回归通过一个或者多个自变量与因变量之间之间进行建模的回归分析其中特点为一个或多个称为回归系数的模型参数的线性组合。

结果易于理解计算不复杂。

对非线性的数据拟合不好

涉及到的变量只有一个。

涉及到的变量两个或两个以上

期末成绩:0.7×考试成绩+0.3×平时成绩

损失函数是一个贯穿整个机器学习重要的一个概念,大部分机器学习算法都会有误差我们得通过显性的公式来描述这个误差,并且将这个误差优化到最小值

预测结果与真实值是有一定的误差。

损失函数代表了误差的大小用公式表示如下:

对于线性回归模型,将模型与数据点之间的距离差の和做为衡量匹配好坏的标准误差越小,匹配程度越大。我们要找的模型就是需要将f(x)和我们的真实值之间最相似的状态

损失函数由W决定,那么如何去求模型当中的W使得损失最小?(目的是找到最小损失对应的W值)

3.3、减小损失函数的2种方式
方式一:最小二乘法之正规方程

?为特征值矩阵,?为目标值矩阵。

缺点:当特征过于复杂求解速度太慢。
对于复杂的算法不能使用正规方程求解(逻辑回归等)

方式②:最小二乘法之梯度下降

?为学习速率,需要手动指定,其中

理解:沿着这个函数下降的方向找最后就能找到山谷的最低点,然后

3.4、兩种方式对比:
4.1、普通最小二乘法线性回归
4.2、通过使用SGD最小线性模型
4.3、带有正则化的线性回归
波士顿房价数据分析流程:
# 分割数据集到训练集和测试集
5.3、训练与测试数据标准化处理
# 特征值和目标值是都必须进行标准化处理, 实例化两个标准化API
5.4、线性回归模型和梯度下降估计对房價进行预测
# 正规方程求解方式预测结果
# 预测测试集的房子价格
# 梯度下降进行房价预测
# 预测测试集的房子价格
# 岭回归进行房价预测
# 预测测试集的房子价格
6.1、均方差误差评估机制 (MSE):

注:?^?为预测值??为真实值。

注:真实值预测值为标准化之前的值。

训练数据训练嘚很好啊误差也不大,为什么在测试集上面有问题呢机器学习可能存在过拟合和欠拟合的问题。如下图:

一个假设在训练数据上能够獲得比其他假设更好的拟合 但是在训练数据外的数据集上却不能很好地拟合数据,此时认为这个假设出现了过拟合的现象(模型过于复雜),如下图:

原始特征过多存在一些嘈杂特征, 模型过于复杂是因为模型尝试去兼顾各个测试数据点

  • 进行特征选择,消除关联性大的特征(很难做)

一个假设在训练数据上不能获得更好的拟合 但是在训练数据外的数据集上也不能很好地拟合数据,此时认为这个假设出現了欠拟合的现象(模型过于简单)。如下图:

学习到数据的特征过少

   在统计学中,线性回归是利用称为线性回归方程的最小二乘函數对一个或多个自变量和因变量之间关系进行建模的一种回归分析这种函数是一个或多个称为回归系数的模型参数的线性组合。一个带囿一个自变量的线性回归方程代表一条直线我们需要对线性回归结果进行统计分析。

  例如假设我们已知一些学生年纪和游戏时间嘚数据,可以建立一个回归方程输入一个新的年纪时,预测该学生的游戏时间自变量为学生年纪,因变量为游戏时间当只有一个因變量时,我们称该类问题为简单线性回归当游戏时间与学生年纪和学生性别有关,因变量有多个时我们称该类问题为多元线性回归

  在研究该问题之前首先了解下编程中用到的常见的统计量:

2、简单线性回归实例及编程实现

  研究一个自变量(X)和一个因变量(y)嘚关系

  通过训练数据,求取出估计参数建立的直线方程:

  实际编程时主要是根据已知训练数据,估计出和的值和

  以下面实唎为例第一列表示每月投放广告的次数,第二列表示汽车向量通过Python编程求取线性回归方程:

  当上述方程的值最小时,我们认为求取到线程回归方程参数的值对该方程求最小值可以进一步转化为求导和求极值的问题,求导过程省略最后结论如下:

蓝色表示测试数據,橙色表示预测数据

3、多元线性回归实例及编程实现

   多元线性回归方程和简单线性回归方程类似,不同的是由于因变量个数的增加求取参数的个数也相应增加,推导和求取过程也不一样

  对于b0、b1、…、bn的推导和求取过程,引用一个第三方库进行计算以如下數据为例,对运输里程、运输次数与运输总时间的关系建立多元线性回归模型:

   代码如下:

如果特征向量中存在分类型变量,例如車型我们需要进行特殊处理:

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