【人工智能】Python常用库-Scikit-learn常用方法教程

Scikit-learn 是一个功能强大的机器学习库,支持数据预处理、分类、回归、聚类、降维等功能,广泛用于模型开发与评估。以下是 Scikit-learn 的常用方法及详细说明。


1. 安装与导入

安装 Scikit-learn:

bash 复制代码
pip install scikit-learn

导入基本模块:

python 复制代码
import numpy as np
import pandas as pd
from sklearn import datasets
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.linear_model import LinearRegression
from sklearn.metrics import accuracy_score, mean_squared_error

2. 数据预处理

2.1 数据标准化

用于将数据缩放到均值为 0,标准差为 1。

python 复制代码
import numpy as np
from sklearn.preprocessing import StandardScaler

# 示例数据
data = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
scaler = StandardScaler()
scaled_data = scaler.fit_transform(data)
print(scaled_data)

输出结果

bash 复制代码
[[-1.22474487 -1.22474487 -1.22474487]
 [ 0.          0.          0.        ]
 [ 1.22474487  1.22474487  1.22474487]]
2.2 标签编码

用于将类别变量转换为数值。

python 复制代码
from sklearn.preprocessing import LabelEncoder

labels = ['cat', 'dog', 'mouse', 'cat']
encoder = LabelEncoder()
encoded_labels = encoder.fit_transform(labels)
print(encoded_labels)

输出结果

bash 复制代码
[0 1 2 0]
2.3 特征选择

选择重要的特征以优化模型。

python 复制代码
from sklearn import datasets
from sklearn.feature_selection import SelectKBest, f_classif

X, y = datasets.load_iris(return_X_y=True)
selector = SelectKBest(score_func=f_classif, k=2)
X_selected = selector.fit_transform(X, y)
print(X_selected[:5])

输出结果

bash 复制代码
[[1.4 0.2]
 [1.4 0.2]
 [1.3 0.2]
 [1.5 0.2]
 [1.4 0.2]]

3. 模型训练与评估

3.1 线性回归

适用于连续目标变量。

python 复制代码
from sklearn import datasets
from sklearn.linear_model import LinearRegression
from sklearn.model_selection import train_test_split

from MSE import mean_squared_error

# 生成样本数据
X, y = datasets.make_regression(n_samples=100, n_features=1, noise=10, random_state=42)

# 数据分割
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

# 模型训练
model = LinearRegression()
model.fit(X_train, y_train)

# 模型评估
y_pred = model.predict(X_test)
print("Mean Squared Error:", mean_squared_error(y_test, y_pred))

输出结果

bash 复制代码
Cost (MSE): 4.28125
Mean Squared Error: 52.101113265935126
3.2 逻辑回归

适用于分类问题。

python 复制代码
from sklearn import datasets
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.metrics import accuracy_score
from sklearn.model_selection import train_test_split

# 加载数据
X, y = datasets.load_iris(return_X_y=True)

# 数据分割
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

# 模型训练
clf = LogisticRegression(max_iter=200)
clf.fit(X_train, y_train)

# 模型评估
y_pred = clf.predict(X_test)
print("Accuracy:", accuracy_score(y_test, y_pred))

输出结果

bash 复制代码
Accuracy: 1.0
3.3 支持向量机

用于分类和回归。

python 复制代码
from sklearn import datasets
from sklearn.metrics import accuracy_score
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.svm import SVC

# 加载数据
X, y = datasets.load_iris(return_X_y=True)

# 数据分割
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

# 模型训练
svc = SVC(kernel='linear')
svc.fit(X_train, y_train)

# 模型评估
y_pred = svc.predict(X_test)
print("Accuracy:", accuracy_score(y_test, y_pred))

输出结果

bash 复制代码
Accuracy: 1.0

4. 无监督学习

4.1 K-means 聚类
python 复制代码
from sklearn import datasets
from sklearn.cluster import KMeans

# 生成数据
X, _ = datasets.make_blobs(n_samples=300, centers=4, cluster_std=0.6, random_state=42)

# 模型训练
kmeans = KMeans(n_clusters=4, random_state=42, n_init=10)
kmeans.fit(X)

# 可视化
import matplotlib.pyplot as plt

plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=kmeans.labels_, cmap='viridis')
plt.scatter(kmeans.cluster_centers_[:, 0], kmeans.cluster_centers_[:, 1], s=300, c='red', marker='X')
plt.title("K-means Clustering")
plt.show()
4.2 PCA 降维
python 复制代码
from matplotlib import pyplot as plt
from sklearn import datasets
from sklearn.decomposition import PCA

# 加载数据
X, y = datasets.load_iris(return_X_y=True)

# 降维
pca = PCA(n_components=2)
X_pca = pca.fit_transform(X)

# 可视化
plt.scatter(X_pca[:, 0], X_pca[:, 1], c=y, cmap='viridis')
plt.title("PCA Dimensionality Reduction")
plt.xlabel("Principal Component 1")
plt.ylabel("Principal Component 2")
plt.show()

5. 模型优化

5.1 交叉验证
python 复制代码
from sklearn import datasets
from sklearn.linear_model import LinearRegression
from sklearn.model_selection import cross_val_score

X, y = datasets.load_iris(return_X_y=True)

# 线性回归交叉验证
scores = cross_val_score(LinearRegression(), X, y, cv=5, scoring='neg_mean_squared_error')
print("Cross-validated MSE:", -scores.mean())

输出结果

bash 复制代码
Cross-validated MSE: 0.0689701255462469
5.2 网格搜索
python 复制代码
from sklearn import datasets
from sklearn.model_selection import GridSearchCV, train_test_split
from sklearn.svm import SVC

# 加载数据
X, y = datasets.load_iris(return_X_y=True)

# 数据分割
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

# 参数网格
param_grid = {'C': [0.1, 1, 10], 'kernel': ['linear', 'rbf']}
grid = GridSearchCV(SVC(), param_grid, cv=5)
grid.fit(X_train, y_train)

print("Best parameters:", grid.best_params_)

输出结果

bash 复制代码
Best parameters: {'C': 1, 'kernel': 'linear'}

6. 总结

Scikit-learn 提供了丰富的机器学习工具和简单的 API,可实现从数据预处理到模型评估的完整流程。通过上述方法,您可以快速构建和优化机器学习模型,从简单线性回归到复杂的非监督学习和降维方法。

相关推荐
kejijianwen22 分钟前
Soul App创始人张璐团队亮相GITEX GLOBAL 2024,展示多模态AI的交互创新
人工智能
想你依然心痛30 分钟前
【AI赋能电商】探索人工智能在购物推荐、会员管理和商品定价中的创新应用及其对销售效率和用户体验的影响
人工智能·ux
baijin_cha1 小时前
深度学习基础02_损失函数&BP算法(上)
人工智能·笔记·深度学习
青石横刀策马1 小时前
从0开始深度学习(33)——循环神经网络的简洁实现
人工智能·rnn·深度学习
Captain823Jack1 小时前
深度学习中的正则化模型是什么意思?
人工智能·python·深度学习
B站计算机毕业设计超人1 小时前
计算机毕业设计Python+卷积神经网络CNN交通标志识别 机器学习 深度学习 爬虫 数据可视化 人工智能 模型训练
图像处理·python·深度学习·机器学习·cnn·tensorflow·卷积神经网络
原点安全1 小时前
一体化数据安全平台uDSP 入选【年度创新安全产品 TOP10】榜单
网络·人工智能·安全
cllsse1 小时前
python控制鼠标,键盘,adb
开发语言·python·计算机外设
AI原吾1 小时前
探索Python WebSocket新境界:picows库揭秘
开发语言·python·websocket·picows
LeeZhao@1 小时前
【AIGC】大模型面试高频考点-多模态RAG
人工智能·面试·职场和发展·aigc·ai agent