Python sklearn转换器、估计器和K-近邻算法怎么应用

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一、转换器和估计器

1. 转换器

想一下之前做的特征工程的步骤？

• 1、实例化 (实例化的是一个转换器类(Transformer))

• 2、调用fit_transform(对于文档建立分类词频矩阵，不能同时调用)

我们把特征工程的接口称之为转换器，其中转换器调用有这么几种形式：

• 标准化：(x - mean) / std

• fit_transform()：fit() 计算 每一列的平均值、标准差，transform() (x - mean) / std进行最终的转换

这几个方法之间的区别是什么呢？我们看以下代码就清楚了

In [1]: from sklearn.preprocessing import StandardScaler
In [2]: std1 = StandardScaler()
In [3]: a = [[1,2,3], [4,5,6]]
In [4]: std1.fit_transform(a)
Out[4]:
array([[-1., -1., -1.],
       [ 1.,  1.,  1.]])
In [5]: std2 = StandardScaler()
In [6]: std2.fit(a)
Out[6]: StandardScaler(copy=True, with_mean=True, with_std=True)
In [7]: std2.transform(a)
Out[7]:
array([[-1., -1., -1.],
       [ 1.,  1.,  1.]])

从中可以看出，fit_transform的作用相当于transform加上fit。

但是为什么还要提供单独的fit呢, 我们还是使用原来的std2来进行标准化看看：

In [8]: b = [[7,8,9], [10, 11, 12]]
In [9]: std2.transform(b)
Out[9]:
array([[3., 3., 3.],
       [5., 5., 5.]])
In [10]: std2.fit_transform(b)
Out[10]:
array([[-1., -1., -1.],
       [ 1.,  1.,  1.]])

2.估计器(sklearn机器学习算法的实现)

在sklearn中，估计器(estimator)是一个重要的角色，是一类实现了算法的API

• 1 实例化一个estimator

• 2 estimator.fit(x_train, y_train) 计算—— 调用完毕，模型生成

• 3 模型评估：1）直接比对真实值和预测值y_predict = estimator.predict(x_test)
  y_test == y_predict
  2）计算准确率accuracy = estimator.score(x_test, y_test)

种类：1、用于分类的估计器：

• sklearn.neighbors k-近邻算法

• sklearn.naive_bayes 贝叶斯

• sklearn.linear_model.LogisticRegression 逻辑回归

• sklearn.tree 决策树与随机森林

2、用于回归的估计器：

• sklearn.linear_model.LinearRegression 线性回归

• sklearn.linear_model.Ridge 岭回归

3、用于无监督学习的估计器

• sklearn.cluster.KMeans 聚类

3.估计器工作流程

二、K-近邻算法

1.K-近邻算法(KNN)

你的“邻居”来推断出你的类别

2. 定义

如果一个样本在特征空间中的k个最相似(即特征空间中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别，则该样本也属于这个类别。

来源：KNN算法最早是由Cover和Hart提出的一种分类算法

3. 距离公式

两个样本的距离可以通过如下公式计算，又叫欧式距离

三、电影类型分析

假设我们有现在几部电影：

其中？ 号电影不知道类别，如何去预测？我们可以利用K近邻算法的思想

1 问题

如果取的最近的电影数量不一样？会是什么结果？
k = 1 爱情片
k = 2 爱情片
……
k = 6 无法确定
k = 7 动作片

如果取的最近的电影数量不一样？会是什么结果？

• - k 值取得过小，容易受到异常点的影响

• - k 值取得过大，样本不均衡的影响

2 K-近邻算法数据的特征工程处理

结合前面的约会对象数据，分析K-近邻算法需要做什么样的处理

• 无量纲化的处理

• 标准化

四、K-近邻算法API

sklearn.neighbors.KNeighborsClassifier(n_neighbors=5,algorithm=‘auto’)n_neighbors：k值

• n_neighbors：int,可选（默认= 5），k_neighbors查询默认使用的邻居数

• algorithm：{‘auto’，‘ball_tree’，‘kd_tree’，‘brute’}，可选用于计算最近邻居的算法：‘ball_tree’将会使用 BallTree，‘kd_tree’将使用 KDTree。‘auto’将尝试根据传递给fit方法的值来决定最合适的算法。 (不同实现方式影响效率)

1.步骤

鸢尾花种类预测：数据，我们用的就是sklearn中自带的鸢尾花数据。

• 1）获取数据

• 2）数据集划分

• 3）特征工程

• 标准化

• 4）KNN预估器流程

• 5）模型评估

2.代码

from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.model_selection import train_test_split
def knn_iris():
    """
    用KNN算法对鸢尾花进行分类
    :return:
    """
    # 1）获取数据
    iris = load_iris()

    # 2）划分数据集
    x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(iris.data, iris.target, random_state=22)

    # 3）特征工程：标准化
    transfer = StandardScaler()
    x_train = transfer.fit_transform(x_train)
    x_test = transfer.transform(x_test)

    # 4）KNN算法预估器
    estimator = KNeighborsClassifier(n_neighbors=3)
    estimator.fit(x_train, y_train)

    # 5）模型评估
    # 方法1：直接比对真实值和预测值
    y_predict = estimator.predict(x_test)
    print("y_predict:\n", y_predict)
    print("直接比对真实值和预测值:\n", y_test == y_predict)
    # 方法2：计算准确率
    score = estimator.score(x_test, y_test)
    print("准确率为：\n", score)
    return None

3.结果及分析

结果分析：准确率： 分类算法的评估之一

1、k值取多大？有什么影响？
k值取很小：容易受到异常点的影响

k值取很大：受到样本均衡的问题

2、性能问题？
距离计算上面，时间复杂度高

五、K-近邻总结

优点：简单，易于理解，易于实现，无需训练

缺点：

• 懒惰算法，对测试样本分类时的计算量大，内存开销大

• 必须指定K值，K值选择不当则分类精度不能保证

使用场景： 小数据场景，几千～几万样本，具体场景具体业务去测试

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