Python scikit-learn 做线性回归的示例代码

一、概述

机器学习算法在近几年大数据点燃的热火熏陶下已经变得被人所“熟知”，就算不懂得其中各算法理论，叫你喊上一两个著名算法的名字，你也能昂首挺胸脱口而出。当然了，算法之林虽大，但能者还是有限，能适应某些环境并取得较好效果的算法会脱颖而出，而表现平平者则被历史所淡忘。随着机器学习社区的发展和实践验证，这群脱颖而出者也逐渐被人所认可和青睐，同时获得了更多社区力量的支持、改进和推广。

以最广泛的分类算法为例，大致可以分为线性和非线性两大派别。线性算法有著名的逻辑回归、朴素贝叶斯、最大熵等，非线性算法有随机森林、决策树、神经网络、核机器等等。线性算法举的大旗是训练和预测的效率比较高，但最终效果对特征的依赖程度较高，需要数据在特征层面上是线性可分的。因此，使用线性算法需要在特征工程上下不少功夫，尽量对特征进行选择、变换或者组合等使得特征具有区分性。而非线性算法则牛逼点，可以建模复杂的分类面，从而能更好的拟合数据。

那在我们选择了特征的基础上，哪个机器学习算法能取得更好的效果呢？谁也不知道。实践是检验哪个好的不二标准。那难道要苦逼到写五六个机器学习的代码吗？No，机器学习社区的力量是强大的，码农界的共识是不重复造轮子！因此，对某些较为成熟的算法，总有某些优秀的库可以直接使用，省去了大伙调研的大部分时间。

基于目前使用python较多，而python界中远近闻名的机器学习库要数scikit-learn莫属了。这个库优点很多。简单易用，接口抽象得非常好，而且文档支持实在感人。本文中，我们可以封装其中的很多机器学习算法，然后进行一次性测试，从而便于分析取优。当然了，针对具体算法，超参调优也非常重要。

二、Scikit-learn的python实践

本篇文章利用线性回归算法预测波士顿的房价。波士顿房价数据集包含波士顿郊区住房价值的信息。

第一步：Python库导入

％matplotlib inline
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import sklearn

第二步：数据获取和理解

波士顿数据集是scikit-learn的内置数据集，可以直接拿来使用。

from sklearn.datasets import load_boston
boston = load_boston()

print(boston.keys())

dict_keys([‘data', ‘target', ‘feature_names', ‘DESCR'])

print(boston.data.shape)

(506, 13)

print(boston.feature_names)

[‘CRIM' ‘ZN' ‘INDUS' ‘CHAS' ‘NOX' ‘RM' ‘AGE' ‘DIS' ‘RAD' ‘TAX' ‘PTRATIO''B' ‘LSTAT']

结论：波士顿数据集506个样本，14个特征。

print(boston.DESCR)

bos = pd.DataFrame(boston.data)
print(bos.head())

   0   1   2  3   4   5   6    7  8   9   10 \
0 0.00632 18.0 2.31 0.0 0.538 6.575 65.2 4.0900 1.0 296.0 15.3  
1 0.02731  0.0 7.07 0.0 0.469 6.421 78.9 4.9671 2.0 242.0 17.8  
2 0.02729  0.0 7.07 0.0 0.469 7.185 61.1 4.9671 2.0 242.0 17.8  
3 0.03237  0.0 2.18 0.0 0.458 6.998 45.8 6.0622 3.0 222.0 18.7  
4 0.06905  0.0 2.18 0.0 0.458 7.147 54.2 6.0622 3.0 222.0 18.7  
   11  12
0 396.90 4.98
1 396.90 9.14
2 392.83 4.03
3 394.63 2.94
4 396.90 5.33

bos.columns = boston.feature_names
print(bos.head())

print(boston.target[:5])

bos['PRICE'] = boston.target

bos.head()

第三步：数据模型构建——线性回归

from sklearn.linear_model import LinearRegression
X = bos.drop('PRICE', axis=1)
lm = LinearRegression()
lm

lm.fit(X, bos.PRICE)

print('线性回归算法w值：', lm.coef_)
print('线性回归算法b值: ', lm.intercept_)

import matplotlib.font_manager as fm
myfont = fm.FontProperties(fname='C:/Windows/Fonts/msyh.ttc')
plt.scatter(bos.RM, bos.PRICE)
plt.xlabel(u'住宅平均房间数', fontproperties=myfont)
plt.ylabel(u'房屋价格', fontproperties=myfont)
plt.title(u'RM与PRICE的关系', fontproperties=myfont)
plt.show()

第四步：数据模型应用——预测房价

lm.predict(X)[0:5]

array([ 30.00821269, 25.0298606 , 30.5702317 , 28.60814055, 27.94288232])

mse = np.mean((bos.PRICE - lm.predict(X)) ** 2)
print(mse)

21.897779217687486

总结

1 使用.DESCR探索波士顿数据集，业务目标是预测波士顿郊区住房的房价；

2 使用scikit-learn针对整个数据集拟合线性回归模型，并计算均方误差。

思考环节

1 对数据集分割成训练数据集和测试数据集

2 训练数据集训练线性回归模型，利用线性回归模型对测试数据集进行预测

3 计算训练模型的MSE和测试数据集预测结果的MSE

4 绘制测试数据集的残差图

来源：http://shujuren.org/article/510.html