【Python机器学习】实验05 机器学习应用实践-手动调参2

简介: 【Python机器学习】实验05 机器学习应用实践-手动调参2

1.8 如何选择超参数?比如多少轮迭代次数好?

#1 利用pandas显示数据
path = 'ex2data1.txt'
data = pd.read_csv(path, header=None, names=['Exam1', 'Exam2', 'Admitted'])
data.head()


Exam1 Exam2 Admitted
0 34.623660 78.024693 0
1 30.286711 43.894998 0
2 35.847409 72.902198 0
3 60.182599 86.308552 1
4 79.032736 75.344376 1
positive=data[data["Admitted"].isin([1])]
negative=data[data["Admitted"].isin([0])]
col_num=data.shape[1]
X=data.iloc[:,:col_num-1]
y=data.iloc[:,col_num-1]
X.insert(0,"ones",1)
X=X.values
y=y.values
# 1 划分数据
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=1)
X_train, X_val, y_train, y_val = train_test_split(X_train, y_train, test_size=0.2, random_state=1)
X_train.shape,X_test.shape,X_val.shape 
((64, 3), (20, 3), (16, 3))
y_train.shape,y_test.shape,y_val.shape 
((64,), (20,), (16,))
# 2 修改梯度下降算法,为了不改变原有函数的签名,将训练集传给X,y
def grandient(X,y,X_val,y_val,iter_num,alpha):
    y=y.reshape((X.shape[0],1))
    w=np.zeros((X.shape[1],1))
    cost_lst=[]
    cost_val=[]
    lst_w=[]
    for i in range(iter_num):
        y_pred=h(X,w)-y
        temp=np.zeros((X.shape[1],1))
        for j in range(X.shape[1]):
            right=np.multiply(y_pred.ravel(),X[:,j])
            gradient=1/(X.shape[0])*(np.sum(right))
            temp[j,0]=w[j,0]-alpha*gradient
        w=temp
        cost_lst.append(cost(X,w,y.ravel()))
        cost_val.append(cost(X_val,w,y_val.ravel()))
        lst_w.append(w)
    return lst_w,cost_lst,cost_val
#调用梯度下降算法
iter_num,alpha=6000000,0.001
lst_w,cost_lst,cost_val=grandient(X_train,y_train,X_val,y_val,iter_num,alpha)
plt.plot(range(iter_num),cost_lst,"b-+")
plt.plot(range(iter_num),cost_val,"r-^")
plt.legend(["train","validate"])
plt.show()

#分析结果,看看在300万轮时的情况
print(cost_lst[500000],cost_val[500000])
0.24994786329203897 0.18926411883434127
#看看5万轮时测试误差
k=50000
w=lst_w[k]
print(cost_lst[k],cost_val[k])
y_p_true=np.array([1 if item>0.5 else 0 for item in h(X_test,w).ravel()])
y_p_true
np.sum(y_p_true==y_test)/X_test.shape[0]
0.45636730725628694 0.4573279187241135
0.7
#看看8万轮时测试误差
k=80000
w=lst_w[k]
print(cost_lst[k],cost_val[k])
y_p_true=np.array([1 if item>0.5 else 0 for item in h(X_test,w).ravel()])
y_p_true
np.sum(y_p_true==y_test)/X_test.shape[0]
0.40603054170171965 0.39424783821776516
0.75
#看看10万轮时测试误差
k=100000
print(cost_lst[k],cost_val[k])
w=lst_w[k]
y_p_true=np.array([1 if item>0.5 else 0 for item in h(X_test,w).ravel()])
y_p_true
np.sum(y_p_true==y_test)/X_test.shape[0]
0.381898564816469 0.36355983465263897
0.8
#分析结果,看看在300万轮时的情况
k=3000000
print(cost_lst[k],cost_val[k])
w=lst_w[k]
y_p_true=np.array([1 if item>0.5 else 0 for item in h(X_test,w).ravel()])
y_p_true
np.sum(y_p_true==y_test)/X_test.shape[0]
0.19780791870188535 0.11432680130573875
0.85
#分析结果,看看在500万轮时的情况
k=5000000
print(cost_lst[k],cost_val[k])
w=lst_w[k]
y_p_true=np.array([1 if item>0.5 else 0 for item in h(X_test,w).ravel()])
y_p_true
np.sum(y_p_true==y_test)/X_test.shape[0]
0.19393055410160026 0.10754181199189947
0.85
#在500轮时的情况
k=5999999
print(cost_lst[k],cost_val[k])
w=lst_w[k]
y_p_true=np.array([1 if item>0.5 else 0 for item in h(X_test,w).ravel()])
y_p_true
np.sum(y_p_true==y_test)/X_test.shape[0]
0.19319692059853838 0.10602762617262468
0.85

1.9 如何选择超参数?比如学习率设置多少好?

#1 设置一组学习率的初始值,然后绘制出在每个点初的验证误差,选择具有最小验证误差的学习率
alpha_lst=[0.1,0.08,0.03,0.01,0.008,0.003,0.001,0.0008,0.0003,0.00001]
def grandient(X,y,iter_num,alpha):
    y=y.reshape((X.shape[0],1))
    w=np.zeros((X.shape[1],1))
    cost_lst=[]
    for i in range(iter_num):
        y_pred=h(X,w)-y
        temp=np.zeros((X.shape[1],1))
        for j in range(X.shape[1]):
            right=np.multiply(y_pred.ravel(),X[:,j])
            gradient=1/(X.shape[0])*(np.sum(right))
            temp[j,0]=w[j,0]-alpha*gradient
        w=temp
        cost_lst.append(cost(X,w,y.ravel()))
    return w,cost_lst
lst_val=[]
iter_num=100000
lst_w=[]
for alpha in alpha_lst:
    w,cost_lst=grandient(X_train,y_train,iter_num,alpha)
    lst_w.append(w)
    lst_val.append(cost(X_val,w,y_val.ravel()))
lst_val
C:\Users\sanly\AppData\Local\Temp\ipykernel_8444\2221512341.py:5: RuntimeWarning: divide by zero encountered in log
  right=np.multiply(y.ravel(),np.log(y_hat).ravel())+np.multiply((1-y).ravel(),np.log(1-y_hat).ravel())
C:\Users\sanly\AppData\Local\Temp\ipykernel_8444\2221512341.py:5: RuntimeWarning: invalid value encountered in multiply
  right=np.multiply(y.ravel(),np.log(y_hat).ravel())+np.multiply((1-y).ravel(),np.log(1-y_hat).ravel())
[nan,
 nan,
 nan,
 1.302365681883988,
 0.9807991089640924,
 0.6863333276415668,
 0.3635612014705094,
 0.3942497801600069,
 0.5169328809489743,
 0.6448319202310255]
np.array(lst_val)
array([       nan,        nan,        nan, 1.30236568, 0.98079911,
       0.68633333, 0.3635612 , 0.39424978, 0.51693288, 0.64483192])
lst_val[3:]
[1.302365681883988,
 0.9807991089640924,
 0.6863333276415668,
 0.3635612014705094,
 0.3942497801600069,
 0.5169328809489743,
 0.6448319202310255]
np.argmin(np.array(lst_val[3:]))
3
#最好的学习率为
alpha_best=alpha_lst[3+np.argmin(np.array(lst_val[3:]))]
alpha_best
0.001
#可视化各学习率对应的验证误差
plt.scatter(alpha_lst[3:],lst_val[3:])
<matplotlib.collections.PathCollection at 0x1d1d48738b0>

#看看测试集的结果
#取出最好学习率对应的w
w_best=lst_w[3+np.argmin(np.array(lst_val[3:]))]
print(w_best)
y_p_true=np.array([1 if item>0.5 else 0 for item in h(X_test,w_best).ravel()])
y_p_true
np.sum(y_p_true==y_test)/X_test.shape[0]
[[-4.72412058]
 [ 0.0504264 ]
 [ 0.0332232 ]]
0.8
#查看其他学习率对应的测试集准确率
for w in lst_w[3:]:
    y_p_true=np.array([1 if item>0.5 else 0 for item in h(X_test,w).ravel()])
    print(np.sum(y_p_true==y_test)/X_test.shape[0])
0.75
0.75
0.6
0.8
0.75
0.6
0.55

1.10 如何选择超参数?试试调整l2正则化因子

实验:完成正则化因子的调参,下面给出了正则化因子lambda的范围,请参照学习率的调参,完成下面代码

# 1正则化的因子的范围可以比学习率略微设置的大一些
lambda_lst=[0.001,0.003,0.008,0.01,0.03,0.08,0.1,0.3,0.8,1,3,10]
# 2 代价函数构造
def cost_reg(X,w,y,lambd):
    #当X(m,n+1),y(m,),w(n+1,1)
    y_hat=sigmoid(X@w)
    right1=np.multiply(y.ravel(),np.log(y_hat).ravel())+np.multiply((1-y).ravel(),np.log(1-y_hat).ravel())
    right2=(lambd/(2*X.shape[0]))*np.sum(np.power(w[1:,0],2))
    cost=-np.sum(right1)/X.shape[0]+right2
    return cost
def grandient_reg(X,w,y,iter_num,alpha,lambd):
    y=y.reshape((X.shape[0],1))
    w=np.zeros((X.shape[1],1))
    cost_lst=[] 
    for i in range(iter_num):
        y_pred=h(X,w)-y
        temp=np.zeros((X.shape[1],1))
        for j in range(0,X.shape[1]):
            if j==0:
                right_0=np.multiply(y_pred.ravel(),X[:,j])
                gradient_0=1/(X.shape[0])*(np.sum(right_0))
                temp[j,0]=w[j,0]-alpha*(gradient_0)
            else:
                right=np.multiply(y_pred.ravel(),X[:,j])
                reg=(lambd/X.shape[0])*w[j,0]
                gradient=1/(X.shape[0])*(np.sum(right))
                temp[j,0]=w[j,0]-alpha*(gradient+reg)          
        w=temp
        cost_lst.append(cost_reg(X,w,y,lambd))
    return w,cost_lst
# 3 调用梯度下降算法用l2正则化
iter_num,alpha=100000,0.001
cost_val=[]
cost_w=[]
for lambd in lambda_lst:
    w,cost_lst=grandient_reg(X_train,w,y_train,iter_num,alpha,lambd)
    cost_w.append(w)
    cost_val.append(cost_reg(X_val,w,y_val,lambd))
cost_val
[0.36356132605416125,
 0.36356157522133403,
 0.3635621981384864,
 0.36356244730503007,
 0.36356493896065706,
 0.3635711680214138,
 0.36357365961439897,
 0.3635985745598491,
 0.3636608540941533,
 0.36368576277656284,
 0.36393475122711266,
 0.36480480418120226]
# 4 查找具有最小验证误差的索引,从而求解出最优的lambda值
idex=np.argmin(np.array(cost_val))
print("具有最小验证误差的索引为{}".format(idex))
lamba_best=lambda_lst[idex]
lamba_best
具有最小验证误差的索引为0
0.001
# 5 计算最好的lambda对应的测试结果
w_best=cost_w[idex]
print(w_best)
y_p_true=np.array([1 if item>0.5 else 0 for item in h(X_test,w_best).ravel()])
y_p_true
np.sum(y_p_true==y_test)/X_test.shape[0]
[[-4.7241201 ]
 [ 0.05042639]
 [ 0.0332232 ]]
0.8


目录
相关文章
|
2天前
|
机器学习/深度学习 数据采集 运维
机器学习在运维中的实时分析应用:新时代的智能运维
机器学习在运维中的实时分析应用:新时代的智能运维
28 12
|
5天前
|
数据可视化 算法 数据挖掘
Python量化投资实践:基于蒙特卡洛模拟的投资组合风险建模与分析
蒙特卡洛模拟是一种利用重复随机抽样解决确定性问题的计算方法,广泛应用于金融领域的不确定性建模和风险评估。本文介绍如何使用Python和EODHD API获取历史交易数据,通过模拟生成未来价格路径,分析投资风险与收益,包括VaR和CVaR计算,以辅助投资者制定合理决策。
39 15
|
5天前
|
编解码 机器人 测试技术
技术实践 | 使用 PAI+LLaMA Factory 微调 Qwen2-VL 模型快速搭建专业领域知识问答机器人
Qwen2-VL是一款具备高级图像和视频理解能力的多模态模型,支持多种语言,适用于多模态应用开发。通过PAI和LLaMA Factory框架,用户可以轻松微调Qwen2-VL模型,快速构建文旅领域的知识问答机器人。本教程详细介绍了从模型部署、微调到对话测试的全过程,帮助开发者高效实现定制化多模态应用。
|
14天前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
人工智能浪潮下的编程实践:构建你的第一个机器学习模型
在人工智能的巨浪中,每个人都有机会成为弄潮儿。本文将带你一探究竟,从零基础开始,用最易懂的语言和步骤,教你如何构建属于自己的第一个机器学习模型。不需要复杂的数学公式,也不必担心编程难题,只需跟随我们的步伐,一起探索这个充满魔力的AI世界。
34 12
|
13天前
|
测试技术 开发者 Python
探索Python中的装饰器:从入门到实践
装饰器,在Python中是一块强大的语法糖,它允许我们在不修改原函数代码的情况下增加额外的功能。本文将通过简单易懂的语言和实例,带你一步步了解装饰器的基本概念、使用方法以及如何自定义装饰器。我们还将探讨装饰器在实战中的应用,让你能够在实际编程中灵活运用这一技术。
33 7
|
12天前
|
存储 缓存 Python
Python中的装饰器深度解析与实践
在Python的世界里,装饰器如同一位神秘的魔法师,它拥有改变函数行为的能力。本文将揭开装饰器的神秘面纱,通过直观的代码示例,引导你理解其工作原理,并掌握如何在实际项目中灵活运用这一强大的工具。从基础到进阶,我们将一起探索装饰器的魅力所在。
|
14天前
|
开发者 Python
Python中的装饰器:从入门到实践
本文将深入探讨Python的装饰器,这一强大工具允许开发者在不修改现有函数代码的情况下增加额外的功能。我们将通过实例学习如何创建和应用装饰器,并探索它们背后的原理和高级用法。
34 5
|
14天前
|
机器学习/深度学习 存储 运维
分布式机器学习系统:设计原理、优化策略与实践经验
本文详细探讨了分布式机器学习系统的发展现状与挑战,重点分析了数据并行、模型并行等核心训练范式,以及参数服务器、优化器等关键组件的设计与实现。文章还深入讨论了混合精度训练、梯度累积、ZeRO优化器等高级特性,旨在提供一套全面的技术解决方案,以应对超大规模模型训练中的计算、存储及通信挑战。
45 4
|
18天前
|
机器学习/深度学习 算法 数据挖掘
C语言在机器学习中的应用及其重要性。C语言以其高效性、灵活性和可移植性,适合开发高性能的机器学习算法,尤其在底层算法实现、嵌入式系统和高性能计算中表现突出
本文探讨了C语言在机器学习中的应用及其重要性。C语言以其高效性、灵活性和可移植性,适合开发高性能的机器学习算法,尤其在底层算法实现、嵌入式系统和高性能计算中表现突出。文章还介绍了C语言在知名机器学习库中的作用,以及与Python等语言结合使用的案例,展望了其未来发展的挑战与机遇。
37 1
|
20天前
|
设计模式 缓存 开发者
Python中的装饰器:从入门到实践####
本文深入探讨了Python中强大的元编程工具——装饰器,它能够以简洁优雅的方式扩展函数或方法的功能。通过具体实例和逐步解析,文章不仅介绍了装饰器的基本原理、常见用法及高级应用,还揭示了其背后的设计理念与实现机制,旨在帮助读者从理论到实战全面掌握这一技术,提升代码的可读性、可维护性和复用性。 ####