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使用sklearn的基本流程

news 来源：原创 2024/9/19 21:33:03

scikit-learn，通常简称为 sklearn，是一个开源的Python库，是基于 Python 编程语言的一个非常流行的机器学习库。它建立在 NumPy 和 SciPy 这两个科学计算库之上，并与 Matplotlib 配合使用，为数据预处理、模型训练、评估和预测提供了一整套解决方案。scikit-learn 是开源的，遵循 BSD 许可证，因此可以自由地在学术和商业项目中使用。

`scikit-learn` 能做什么？

scikit-learn 包含了广泛的监督学习和无监督学习算法，能够处理分类、回归、聚类、降维、模型选择和预处理任务。具体来说，它可以：

数据预处理：包括数据清洗、缺失值处理、特征缩放（如标准化和归一化）、特征编码（如独热编码）等。
特征选择和降维：例如 PCA（主成分分析）、LDA（线性判别分析）等方法，帮助减少数据维度，提高模型效率。
模型训练：提供多种机器学习算法，如线性回归、逻辑回归、支持向量机、决策树、随机森林、K-近邻、神经网络（虽然相对有限）、集成学习方法等。
模型评估：包括交叉验证、混淆矩阵、ROC 曲线、AUC 分数、精确率、召回率、F1 分数等指标，帮助评估模型性能。
模型选择与调优：如网格搜索（GridSearchCV）和随机搜索（RandomizedSearchCV），帮助寻找最优模型参数。
集成学习：支持投票、Bagging、Boosting 等方法，用于提高模型的稳定性和预测精度。

为什么使用 `scikit-learn`？

简单易用：scikit-learn 的设计注重 API 的一致性，使得用户可以很容易地尝试不同的模型和预处理方法，而无需了解底层的数学细节。
高效：它使用 Cython 实现，可以利用多核 CPU 进行并行计算，提高了计算效率。
文档完善：拥有详尽的文档和教程，对于初学者和高级用户都非常友好。
社区活跃：scikit-learn 拥有庞大的用户和开发者社区，遇到问题时容易获得帮助。
兼容性好：与 Python 生态系统中的其他科学计算和数据处理库（如 Pandas、NumPy、Matplotlib）高度兼容，使得数据科学家可以轻松地整合数据预处理、分析、可视化和建模工作流。

以下是一个基本的sklearn教程概览，我们将使用Iris数据集来演示如何进行数据预处理、模型训练和评估：

1. 导入必要的库和数据集

首先，你需要导入sklearn和其他必要的库：

Python

import numpy as np
import pandas as pd
from sklearn import datasets
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.metrics import accuracy_score, classification_report

2. 加载数据集

使用sklearn内置的数据集加载器来加载数据：

Python

iris = datasets.load_iris()
X = iris.data
y = iris.target

3. 数据预处理

将数据分为训练集和测试集，并对数据进行标准化：

Python

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42)sc = StandardScaler()
sc.fit(X_train)
X_train_std = sc.transform(X_train)
X_test_std = sc.transform(X_test)

4. 模型训练

选择一个模型并拟合训练数据：

Python

model = LogisticRegression(max_iter=1000)
model.fit(X_train_std, y_train)

5. 预测

使用训练好的模型对测试集进行预测：

Python

y_pred = model.predict(X_test_std)

6. 模型评估

评估模型的性能：

Python

print('Accuracy: %.2f' % accuracy_score(y_test, y_pred))
print(classification_report(y_test, y_pred))

以上步骤涵盖了使用sklearn的基本流程。当然，实际应用中可能需要更复杂的数据预处理和模型调整，例如特征选择、交叉验证和超参数优化等。此外，sklearn还提供了许多其他类型的模型，如决策树、支持向量机、神经网络等，以及聚类算法和降维技术，如K-Means和PCA。

7. 模型选择与超参数调优

模型的选择和参数调优是机器学习项目中的关键部分。scikit-learn 提供了多种方法来帮助你选择最佳模型和参数组合，例如网格搜索（Grid Search）和随机搜索（Randomized Search）。以下是使用网格搜索的例子：

Python

from sklearn.model_selection import GridSearchCVparam_grid = {'C': [0.001, 0.01, 0.1, 1, 10, 100],'penalty': ['l1', 'l2']}
grid_search = GridSearchCV(LogisticRegression(), param_grid, cv=5)
grid_search.fit(X_train_std, y_train)best_params = grid_search.best_params_
best_score = grid_search.best_score_