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liu_yu_bo_play_with_machine_learning
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    • Introduction
    • Summary
    • Chapter10
      • 第十章:评价分类结果
    • Chapter10
      • 10-2 精确率和召回率
    • Chapter10
      • 10-3 实现混淆矩阵、精准率、召回率
    • Chapter10
      • 10-4 F1 score
    • Chapter10
      • 10-5 Precision-Recall平衡
    • Chapter10
      • 10-6 precision-recall曲线
    • Chapter10
      • 10-7 ROC曲线
    • Chapter10
      • 10-8 多分类问题中的混淆矩阵
    • Chapter11
      • 11-1 什么是支撑向量机
    • Chapter11
      • 11-2 支撑向量机的推导过程
    • Chapter11
      • 11-3 Soft Margin和SVM的正则化
    • Chapter11
      • 11-4 scikit-leran中的SVM
    • Chapter11
      • 11-5 SVM中使用多项式特征
    • Chapter11
      • 11-6 什么是核函数
    • Chapter11
      • 11-7 高斯核函数
    • Chapter11
      • 11-8 scikit-learn中的高斯核函数
    • Chapter11
      • 11-9 SVM思想解决回归问题
    • Chapter12
      • 第十二章:决策树
    • Chapter12
      • 12-2 信息熵
    • Chapter12
      • 12-3 使用信息寻找最优划分
    • Chapter12
      • 12-4 基尼系数
    • Chapter12
      • 12-5 CART和决策树中的超参数
    • Chapter12
      • 12-6 决策树解决回归问题
    • Chapter12
      • 12-7 决策树的局限性
    • Chapter13
      • 第十三章:集成学习和随机森林
    • Chapter13
      • 13-2 soft voting
    • Chapter13
      • 13-3 bagging和pasting
    • Chapter13
      • 13-4 更多关于bagging的讨论
    • Chapter13
      • 13-5 随机森林和extra-trees
    • Chapter13
      • 13-6 ada boosting和gradiesnt boosting
    • Chapter13
      • 13-7 Stacking
    • Chapter4
      • KNN - K近邻算法 - K-Nearest Neighbors
    • Chapter4
      • 4-1
    • Chapter4
      • 4-2
    • Chapter4
      • 4-3 训练数据集,测试数据集
    • Chapter4
      • 4-4 分类准确度
    • Chapter4
      • 4-5
    • Chapter4
      • 4-6 网格搜索
    • Chapter4
      • 4-7
    • Chapter4
      • 4-8 scikit-learn中的Scaler
    • Chapter4
      • 4-9 更多有关K近邻算法的思考
    • Chapter5
      • 线性回归算法
    • Chapter5
      • 5-1
    • Chapter5
      • 5-10 线性回归的可解释性和更多思考
    • Chapter5
      • 5-2 最小二乘法
    • Chapter5
      • 5-3 简单线性回归的实现
    • Chapter5
      • 5-4 参数计算向量化
    • Chapter5
      • 5-5 衡量线性回归算法的指标
    • Chapter5
      • 5-6 最好的衡量线性回归法的指标 R Squared
    • Chapter5
      • 5-7 简单线性回归和正规方程解
    • Chapter5
      • 5-8 实现多元线性回归
    • Chapter5
      • 5-9 scikit-learn中的回归算法
    • Chapter6
      • 第六章:梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-2 模拟实现梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-3 多元线性回归中的梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-4 在线性回归模型中使用梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-5 梯度下降的向量化
    • Chapter6
      • 6-6 随机梯度下降
    • Chapter6
      • 6-7 代码实现随机梯度下降
    • Chapter6
      • 6-8 调试梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-9 有关梯度下降法的更多深入讨论
    • Chapter7
      • 主成分分析法 PCA Principal Component Analysis
    • Chapter7
      • 7-1
    • Chapter7
      • 7-2 使用梯度上升法求解主成分分析问题
    • Chapter7
      • 7-3 代码实现主成分分析问题
    • Chapter7
      • 7-4 求数据的前N个主成分
    • Chapter7
      • 7-5 高维数据向低维数据映射
    • Chapter7
      • 7-6 scikit learn中的PCA
    • Chapter7
      • 7-7 MNIST数据集
    • Chapter7
      • 7-8 使用PCA降噪
    • Chapter7
      • 7-9 人脸识别和特征脸(未完成)
    • Chapter8
      • 第八章:多项式回归与模型泛化
    • Chapter8
      • 8-10 L1,L2和弹性网络
    • Chapter8
      • 8-2 scikit-learn中的多项式回归和pipeline
    • Chapter8
      • 8-3 过拟合和欠拟合
    • Chapter8
      • 8-4 为什么要训练数据集和测试数据集
    • Chapter8
      • 8-5 学习曲线
    • Chapter8
      • 8-6 验证数据集与交叉验证
    • Chapter8
      • 8-7 偏差方差权衡 Bias Variance Trade off
    • Chapter8
      • 8-8 模型正则化 Regularization
    • Chapter8
      • 8-9 LASSO Regularization
    • Chapter9
      • 第九章:逻辑回归
    • Chapter9
      • 9-2 逻辑回归的损失函数
    • Chapter9
      • 9-3 逻辑回归算法损失函数的梯度
    • Chapter9
      • 9-4 实现逻辑回归算法
    • Chapter9
      • 9-5 决策边界
    • Chapter9
      • 9-6 在逻辑回归中使用多项式特征
    • Chapter9
      • 9-7 scikit-learn中的逻辑回归
    • Chapter9
      • 9-8 OvR与OvO
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  • 使用梯度下降法训练
  • 封装线性回归算法
  • 使用fit_gd
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  2. Chapter6

6-4 在线性回归模型中使用梯度下降法

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Last updated 5 years ago

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

np.random.seed(666)
x = 2 * np.random.random(size=100)
y = x * 3. + 4. + np.random.normal(size=100)

X = x.reshape(-1, 1)

plt.scatter(x, y)
plt.show()

使用梯度下降法训练

def J(theta, X_b, y):
    try:
        return np.sum((y - X_b.dot(theta))**2) / len(X_b)
    except:
        return float('inf')

def dJ(theta, X_b, y):
    ret = np.empty(len(theta))
    ret[0] = np.sum(X_b.dot(theta) - y)
    for i in range(1, len(theta)):
        ret[i] = (X_b.dot(theta) - y).dot(X_b[:, 1])

    return ret * 2 / len(X_b)

def gradient_descent(X_b, y, initial_theta, eta, n_iters = 1e4, epsilon=1e-8):
    theta = initial_theta
    i_iter = 0
    while i_iter < n_iters:
        gradient = dJ(theta, X_b, y)
        last_theta = theta
        theta = theta - eta * gradient
        if (abs(J(theta, X_b, y) - J(last_theta, X_b, y)) < epsilon):
            break
        i_iter += 1
    return theta

X_b = np.hstack([np.ones((len(x), 1)), X])
initial_theta = np.zeros(X_b.shape[1])
eta = 0.01

theta = gradient_descent(X_b, y, initial_theta, eta)
theta

输出结果: array([4.02145786, 3.00706277])

封装线性回归算法

import numpy as np
from sklearn.metrics import r2_score

class LinearRegression:

    def __init__(self):
        """初始化Linear Regression模型"""
        self.coef_ = None
        self.interception_ = None
        self._theta = None

    def fit_normal(self, X_train, y_train):
        """根据训练数据集X_train, y_train训练Linear Regression模型"""
        assert X_train.shape[0] == y_train.shape[0], "the size of X_train must be equal to the size of y_train"

        X_b = np.hstack([np.ones((len(X_train), 1)), X_train])
        self._theta = np.linalg.inv(X_b.T.dot(X_b)).dot(X_b.T).dot(y_train)

        self.interception_ = self._theta[0]
        self.coef_ = self._theta[1:]

        return self

    def fit_gd(self, X_train, y_train, eta=0.01, n_iters = 1e4):
        """根据训练数据集X_train, y_train,使用梯度下降法训练Linear Regression模型"""
        assert X_train.shape[0] == y_train.shape[0], "the size of X_train must be equal to the size of y_train"

        def J(theta, X_b, y):
            try:
                return np.sum((y - X_b.dot(theta))**2) / len(X_b)
            except:
                return float('inf')

        def dJ(theta, X_b, y):
            ret = np.empty(len(theta))
            ret[0] = np.sum(X_b.dot(theta) - y)
            for i in range(1, len(theta)):
                ret[i] = (X_b.dot(theta) - y).dot(X_b[:, 1])

            return ret * 2 / len(X_b)

        def gradient_descent(X_b, y, initial_theta, eta, n_iters = 1e4, epsilon=1e-8):
            theta = initial_theta
            i_iter = 0
            while i_iter < n_iters:
                gradient = dJ(theta, X_b, y)
                last_theta = theta
                theta = theta - eta * gradient
                if (abs(J(theta, X_b, y) - J(last_theta, X_b, y)) < epsilon):
                    break
                i_iter += 1
            return theta

        X_b = np.hstack([np.ones((len(X_train), 1)), X_train])
        initial_theta = np.zeros(X_b.shape[1])
        self._theta = gradient_descent(X_b, y_train, initial_theta, eta)
        self.interception_ = self._theta[0]
        self.coef_ = self._theta[1:]
        return self

    def predict(self, X_predict):
        """给定待预测数据集X_predict,返回表示X_predict的结果向量"""
        assert self.interception_ is not None and self.coef_ is not None, "must fit before predict"
        assert X_predict.shape[1] == len(self.coef_), "the feature number of X_predict must equal to X_train"

        X_b = np.hstack([np.ones((len(X_predict), 1)), X_predict])
        return X_b.dot(self._theta)

    def score(self, X_test, y_test):
        """根据测试数据集X_test, y_test确定当前模型的准确度"""

        y_predict = self.predict(X_test)
        return r2_score(y_test, y_predict)

    def __repr__(self):
        return "LinearRegression()"

使用fit_gd

lin_reg = LinearRegression()
lin_reg.fit_gd(X, y)

输入:lin_reg.coef_ 输出:array([3.00706277])

输入:lin_reg.interception_ 输出:4.021457858204859