sklearn中的交叉验证的实现(Cross-Validation)


Posted in Python onFebruary 22, 2021

sklearn是利用python进行机器学习中一个非常全面和好用的第三方库,用过的都说好。今天主要记录一下sklearn中关于交叉验证的各种用法,主要是对sklearn官方文档 Cross-validation: evaluating estimator performance进行讲解,英文水平好的建议读官方文档,里面的知识点很详细。

先导入需要的库及数据集

In [1]: import numpy as np

In [2]: from sklearn.model_selection import train_test_split

In [3]: from sklearn.datasets import load_iris

In [4]: from sklearn import svm

In [5]: iris = load_iris()

In [6]: iris.data.shape, iris.target.shape
Out[6]: ((150, 4), (150,))

1.train_test_split

对数据集进行快速打乱(分为训练集和测试集)

这里相当于对数据集进行了shuffle后按照给定的test_size 进行数据集划分。

In [7]: X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(
  ...:     iris.data, iris.target, test_size=.4, random_state=0)
  #这里是按照6:4对训练集测试集进行划分

In [8]: X_train.shape, y_train.shape
Out[8]: ((90, 4), (90,))

In [9]: X_test.shape, y_test.shape
Out[9]: ((60, 4), (60,))

In [10]: iris.data[:5]
Out[10]: 
array([[ 5.1, 3.5, 1.4, 0.2],
    [ 4.9, 3. , 1.4, 0.2],
    [ 4.7, 3.2, 1.3, 0.2],
    [ 4.6, 3.1, 1.5, 0.2],
    [ 5. , 3.6, 1.4, 0.2]])

In [11]: X_train[:5]
Out[11]: 
array([[ 6. , 3.4, 4.5, 1.6],
    [ 4.8, 3.1, 1.6, 0.2],
    [ 5.8, 2.7, 5.1, 1.9],
    [ 5.6, 2.7, 4.2, 1.3],
    [ 5.6, 2.9, 3.6, 1.3]])

In [12]: clf = svm.SVC(kernel='linear', C=1).fit(X_train, y_train)

In [13]: clf.score(X_test, y_test)
Out[13]: 0.96666666666666667

2.cross_val_score

对数据集进行指定次数的交叉验证并为每次验证效果评测

其中,score 默认是以 scoring='f1_macro'进行评测的,余外针对分类或回归还有:

sklearn中的交叉验证的实现(Cross-Validation)

这需要from sklearn import metrics ,通过在cross_val_score 指定参数来设定评测标准;
cv 指定为int 类型时,默认使用KFoldStratifiedKFold 进行数据集打乱,下面会对KFoldStratifiedKFold 进行介绍。

In [15]: from sklearn.model_selection import cross_val_score

In [16]: clf = svm.SVC(kernel='linear', C=1)

In [17]: scores = cross_val_score(clf, iris.data, iris.target, cv=5)

In [18]: scores
Out[18]: array([ 0.96666667, 1.    , 0.96666667, 0.96666667, 1.    ])

In [19]: scores.mean()
Out[19]: 0.98000000000000009

除使用默认交叉验证方式外,可以对交叉验证方式进行指定,如验证次数,训练集测试集划分比例等

In [20]: from sklearn.model_selection import ShuffleSplit

In [21]: n_samples = iris.data.shape[0]

In [22]: cv = ShuffleSplit(n_splits=3, test_size=.3, random_state=0)

In [23]: cross_val_score(clf, iris.data, iris.target, cv=cv)
Out[23]: array([ 0.97777778, 0.97777778, 1.    ])

cross_val_score 中同样可使用pipeline 进行流水线操作

In [24]: from sklearn import preprocessing

In [25]: from sklearn.pipeline import make_pipeline

In [26]: clf = make_pipeline(preprocessing.StandardScaler(), svm.SVC(C=1))

In [27]: cross_val_score(clf, iris.data, iris.target, cv=cv)
Out[27]: array([ 0.97777778, 0.93333333, 0.95555556])

3.cross_val_predict

cross_val_predictcross_val_score 很相像,不过不同于返回的是评测效果,cross_val_predict 返回的是estimator 的分类结果(或回归值),这个对于后期模型的改善很重要,可以通过该预测输出对比实际目标值,准确定位到预测出错的地方,为我们参数优化及问题排查十分的重要。

In [28]: from sklearn.model_selection import cross_val_predict

In [29]: from sklearn import metrics

In [30]: predicted = cross_val_predict(clf, iris.data, iris.target, cv=10)

In [31]: predicted
Out[31]: 
array([0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
    0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
    1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
    1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
    2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2,
    2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2])

In [32]: metrics.accuracy_score(iris.target, predicted)
Out[32]: 0.96666666666666667

4.KFold

K折交叉验证,这是将数据集分成K份的官方给定方案,所谓K折就是将数据集通过K次分割,使得所有数据既在训练集出现过,又在测试集出现过,当然,每次分割中不会有重叠。相当于无放回抽样。

In [33]: from sklearn.model_selection import KFold

In [34]: X = ['a','b','c','d']

In [35]: kf = KFold(n_splits=2)

In [36]: for train, test in kf.split(X):
  ...:   print train, test
  ...:   print np.array(X)[train], np.array(X)[test]
  ...:   print '\n'
  ...:   
[2 3] [0 1]
['c' 'd'] ['a' 'b']


[0 1] [2 3]
['a' 'b'] ['c' 'd']

5.LeaveOneOut

LeaveOneOut 其实就是KFold 的一个特例,因为使用次数比较多,因此独立的定义出来,完全可以通过KFold 实现。

In [37]: from sklearn.model_selection import LeaveOneOut

In [38]: X = [1,2,3,4]

In [39]: loo = LeaveOneOut()

In [41]: for train, test in loo.split(X):
  ...:   print train, test
  ...:   
[1 2 3] [0]
[0 2 3] [1]
[0 1 3] [2]
[0 1 2] [3]


#使用KFold实现LeaveOneOtut
In [42]: kf = KFold(n_splits=len(X))

In [43]: for train, test in kf.split(X):
  ...:   print train, test
  ...:   
[1 2 3] [0]
[0 2 3] [1]
[0 1 3] [2]
[0 1 2] [3]

6.LeavePOut

这个也是KFold 的一个特例,用KFold 实现起来稍麻烦些,跟LeaveOneOut 也很像。

In [44]: from sklearn.model_selection import LeavePOut

In [45]: X = np.ones(4)

In [46]: lpo = LeavePOut(p=2)

In [47]: for train, test in lpo.split(X):
  ...:   print train, test
  ...:   
[2 3] [0 1]
[1 3] [0 2]
[1 2] [0 3]
[0 3] [1 2]
[0 2] [1 3]
[0 1] [2 3]

7.ShuffleSplit

ShuffleSplit 咋一看用法跟LeavePOut 很像,其实两者完全不一样,LeavePOut 是使得数据集经过数次分割后,所有的测试集出现的元素的集合即是完整的数据集,即无放回的抽样,而ShuffleSplit 则是有放回的抽样,只能说经过一个足够大的抽样次数后,保证测试集出现了完成的数据集的倍数。

In [48]: from sklearn.model_selection import ShuffleSplit

In [49]: X = np.arange(5)

In [50]: ss = ShuffleSplit(n_splits=3, test_size=.25, random_state=0)

In [51]: for train_index, test_index in ss.split(X):
  ...:   print train_index, test_index
  ...:   
[1 3 4] [2 0]
[1 4 3] [0 2]
[4 0 2] [1 3]

8.StratifiedKFold

这个就比较好玩了,通过指定分组,对测试集进行无放回抽样。

In [52]: from sklearn.model_selection import StratifiedKFold

In [53]: X = np.ones(10)

In [54]: y = [0,0,0,0,1,1,1,1,1,1]

In [55]: skf = StratifiedKFold(n_splits=3)

In [56]: for train, test in skf.split(X,y):
  ...:   print train, test
  ...:   
[2 3 6 7 8 9] [0 1 4 5]
[0 1 3 4 5 8 9] [2 6 7]
[0 1 2 4 5 6 7] [3 8 9]

9.GroupKFold

这个跟StratifiedKFold 比较像,不过测试集是按照一定分组进行打乱的,即先分堆,然后把这些堆打乱,每个堆里的顺序还是固定不变的。

In [57]: from sklearn.model_selection import GroupKFold

In [58]: X = [.1, .2, 2.2, 2.4, 2.3, 4.55, 5.8, 8.8, 9, 10]

In [59]: y = ['a','b','b','b','c','c','c','d','d','d']

In [60]: groups = [1,1,1,2,2,2,3,3,3,3]

In [61]: gkf = GroupKFold(n_splits=3)

In [62]: for train, test in gkf.split(X,y,groups=groups):
  ...:   print train, test
  ...:   
[0 1 2 3 4 5] [6 7 8 9]
[0 1 2 6 7 8 9] [3 4 5]
[3 4 5 6 7 8 9] [0 1 2]

10.LeaveOneGroupOut

这个是在GroupKFold 上的基础上混乱度又减小了,按照给定的分组方式将测试集分割下来。

In [63]: from sklearn.model_selection import LeaveOneGroupOut

In [64]: X = [1, 5, 10, 50, 60, 70, 80]

In [65]: y = [0, 1, 1, 2, 2, 2, 2]

In [66]: groups = [1, 1, 2, 2, 3, 3, 3]

In [67]: logo = LeaveOneGroupOut()

In [68]: for train, test in logo.split(X, y, groups=groups):
  ...:   print train, test
  ...:   
[2 3 4 5 6] [0 1]
[0 1 4 5 6] [2 3]
[0 1 2 3] [4 5 6]

11.LeavePGroupsOut

这个没啥可说的,跟上面那个一样,只是一个是单组,一个是多组

from sklearn.model_selection import LeavePGroupsOut

X = np.arange(6)

y = [1, 1, 1, 2, 2, 2]

groups = [1, 1, 2, 2, 3, 3]

lpgo = LeavePGroupsOut(n_groups=2)

for train, test in lpgo.split(X, y, groups=groups):
  print train, test
  
[4 5] [0 1 2 3]
[2 3] [0 1 4 5]
[0 1] [2 3 4 5]

12.GroupShuffleSplit

这个是有放回抽样

In [75]: from sklearn.model_selection import GroupShuffleSplit

In [76]: X = [.1, .2, 2.2, 2.4, 2.3, 4.55, 5.8, .001]

In [77]: y = ['a', 'b','b', 'b', 'c','c', 'c', 'a']

In [78]: groups = [1,1,2,2,3,3,4,4]

In [79]: gss = GroupShuffleSplit(n_splits=4, test_size=.5, random_state=0)

In [80]: for train, test in gss.split(X, y, groups=groups):
  ...:   print train, test
  ...:   
[0 1 2 3] [4 5 6 7]
[2 3 6 7] [0 1 4 5]
[2 3 4 5] [0 1 6 7]
[4 5 6 7] [0 1 2 3]

13.TimeSeriesSplit

针对时间序列的处理,防止未来数据的使用,分割时是将数据进行从前到后切割(这个说法其实不太恰当,因为切割是延续性的。。)

In [81]: from sklearn.model_selection import TimeSeriesSplit

In [82]: X = np.array([[1,2],[3,4],[1,2],[3,4],[1,2],[3,4]])

In [83]: tscv = TimeSeriesSplit(n_splits=3)

In [84]: for train, test in tscv.split(X):
  ...:   print train, test
  ...:   
[0 1 2] [3]
[0 1 2 3] [4]
[0 1 2 3 4] [5]

这个repo 用来记录一些python技巧、书籍、学习链接等,欢迎star github地址

Python 相关文章推荐
Python利用heapq实现一个优先级队列的方法
Feb 03 Python
python从入门到精通 windows安装python图文教程
May 18 Python
使用Python将字符串转换为格式化的日期时间字符串
Sep 01 Python
python中自带的三个装饰器的实现
Nov 08 Python
windows中安装Python3.8.0的实现方法
Nov 19 Python
python中安装django模块的方法
Mar 12 Python
Python urlencode和unquote函数使用实例解析
Mar 31 Python
Pytorch 卷积中的 Input Shape用法
Jun 29 Python
Python操作word文档插入图片和表格的实例演示
Oct 25 Python
Python常用base64 md5 aes des crc32加密解密方法汇总
Nov 06 Python
Django中使用Celery的方法步骤
Dec 07 Python
django如何自定义manage.py管理命令
Apr 27 Python
Python爬虫分析微博热搜关键词的实现代码
Feb 22 #Python
anaconda升级sklearn版本的实现方法
Feb 22 #Python
详解Python 中的 defaultdict 数据类型
Feb 22 #Python
python快速安装OpenCV的步骤记录
Feb 22 #Python
Python中生成ndarray实例讲解
Feb 22 #Python
python爬虫利用代理池更换IP的方法步骤
Feb 21 #Python
Python用requests库爬取返回为空的解决办法
Feb 21 #Python
You might like
php 生成文字png图片的代码
2011/04/17 PHP
PHP修改session_id示例代码
2014/01/08 PHP
用PHP解决的一个栈的面试题
2014/07/02 PHP
phpmailer在服务器上不能正常发送邮件的解决办法
2014/07/08 PHP
浅谈PHP中output_buffering
2015/07/13 PHP
PHP简单实现正则匹配省市区的方法
2018/04/13 PHP
jquery多选项卡效果实例代码(附效果图)
2013/03/23 Javascript
ExtJS中设置下拉列表框不可编辑的方法
2014/05/07 Javascript
js获取网页可见区域、正文以及屏幕分辨率的高度
2014/05/15 Javascript
Window.Open如何在同一个标签页打开
2014/06/20 Javascript
Ext JS框架程序中阻止键盘触发回退或者刷新页面的代码分享
2016/06/07 Javascript
支持移动端原生js轮播图
2017/02/16 Javascript
实例讲解vue源码架构
2019/01/24 Javascript
node.js基于socket.io快速实现一个实时通讯应用
2019/04/23 Javascript
微信小程序canvas分享海报功能
2019/10/31 Javascript
vue项目打包为APP,静态资源正常显示,但API请求不到数据的操作
2020/09/12 Javascript
JS中多层次排序算法的实现代码
2021/01/06 Javascript
wxPython框架类和面板类的使用实例
2014/09/28 Python
Python基于递归和非递归算法求两个数最大公约数、最小公倍数示例
2018/05/21 Python
基于Python中求和函数sum的用法详解
2018/06/28 Python
用python实现将数组元素按从小到大的顺序排列方法
2018/07/02 Python
在Python中给Nan值更改为0的方法
2018/10/30 Python
对Python3 goto 语句的使用方法详解
2019/02/16 Python
详解pytorch 0.4.0迁移指南
2019/06/16 Python
在tensorflow实现直接读取网络的参数(weight and bias)的值
2020/06/24 Python
Python基于pillow库实现生成图片水印
2020/09/14 Python
django使用多个数据库的方法实例
2021/03/04 Python
桥梁与隧道工程专业本科生求职信
2013/10/08 职场文书
车间副主任岗位职责
2013/12/24 职场文书
幼儿园教师奖惩制度
2014/02/01 职场文书
机关门卫的岗位职责
2014/04/29 职场文书
邓小平理论心得体会
2014/09/09 职场文书
工厂见习报告范文
2014/10/31 职场文书
Nginx访问日志及错误日志参数说明
2021/03/31 Servers
Python趣味爬虫之用Python实现智慧校园一键评教
2021/05/28 Python
Js类的构建与继承案例详解
2021/09/15 Javascript