机器学习(三)-多项式线性回归

文章目录

    • [1. 多项式回归理论](#1. 多项式回归理论)
    • [2. python通过多项式线性回归预测房价](#2. python通过多项式线性回归预测房价)
      • [2.1 预测数据](#2.1 预测数据)
      • 2.2导入标准库
      • [2.3 导入数据](#2.3 导入数据)
      • [2.4 划分数据集](#2.4 划分数据集)
      • [2.5 构建二次多项式特征(1, x, x^2)](#2.5 构建二次多项式特征(1, x, x^2))
      • [2.6 导入线性回归模块](#2.6 导入线性回归模块)
      • [2.7 对测试集进行预测](#2.7 对测试集进行预测)
      • [2.8 计算均方误差 J](#2.8 计算均方误差 J)
      • [2.9 计算参数 w0、w1、w2](#2.9 计算参数 w0、w1、w2)
      • [2.10 可视化训练集拟合结果](#2.10 可视化训练集拟合结果)
      • [2.11 可视化测试集拟合结果](#2.11 可视化测试集拟合结果)

1. 多项式回归理论

我来看一个例子,在这个二维平面上,横坐标是人口数量,纵坐标是房价。红色的点表示每个地区的实际人口与房价的对应关系。

我们发现如果把人口数量当成自变量X,把房价当成因变量Y,此时,y与 X 并不是呈现简单线性关系,我们无法用一条直线来拟合真实的数据。但是我们发现 y 与 x 呈现一种二次函数的关系,那我们就可以使用一个二次多项式函数的关系表达人口与房价的关系。如下图:

其损失函数表达式如下:

均方误差的表达式如下:

2. python通过多项式线性回归预测房价

2.1 预测数据

数据如下:

tex 复制代码
polulation,median_house_value
961,3.89
234,0.68
1074,3.32
1547,10.32
805,2.54
597,1.64
784,2.68
498,1.31
1602,11.43
292,0.54
1499,9.43
718,1.85
180,0.43
1202,5.23
1258,5.67
453,1.34
845,2.31
1032,3.46
384,0.68
896,3.02
425,1.02
928,2.95
1324,6.45
1435,8.54
543,1.98
1132,4.67
328,0.76
638,1.69
1389,7.23
692,2.23

x 轴是人口数量,y轴是房价

2.2导入标准库

python 复制代码
# 导入标准库
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib
import pandas as pd
matplotlib.use('TkAgg')

2.3 导入数据

python 复制代码
# 导入数据集
dataset = pd.read_csv('polynomial_regression_data.csv')
x = dataset.iloc[:, :-1]
y = dataset.iloc[:, 1]

2.4 划分数据集

python 复制代码
# 数据集划分 训练集/测试集
from sklearn.model_selection import train_test_split
X_train,X_test,y_train,y_test = train_test_split(x,y,test_size=0.2,random_state=0)

2.5 构建二次多项式特征(1, x, x^2)

python 复制代码
# 构建二次多项式特征(1, x, x^2)
from sklearn.preprocessing import  PolynomialFeatures
poly_reg = PolynomialFeatures(degree=2)  # degree的值来调节多项式的特征
# 特征处理
X_train_poly = poly_reg.fit_transform(X_train)
X_test_poly = poly_reg.fit_transform(X_test)

2.6 导入线性回归模块

python 复制代码
# 简单线性回归算法
from sklearn.linear_model import LinearRegression
regressor = LinearRegression()
regressor.fit(X_train_poly, y_train)

2.7 对测试集进行预测

python 复制代码
# 对测试集进行预测
y_pred = regressor.predict(X_test_poly)

2.8 计算均方误差 J

python 复制代码
# 计算J
J = 1/X_train.shape[0] * np.sum((regressor.predict(X_train_poly) - y_train)**2)
print("J = {}".format(J))

输出结果:

tex 复制代码
J = 0.17920535084272343

2.9 计算参数 w0、w1、w2

python 复制代码
# 计算参数 w0、w1、w2
w0 = regressor.intercept_
w1 = regressor.coef_[1]
w2 = regressor.coef_[2]
print("w0 = {}, w1 = {}, w2 = {}".format(w0, w1, w2))

输出结果:

tex 复制代码
w0 = 1.1946328664527774, w1 = -0.003051980565396715, w2 = 5.5739253088970104e-06

2.10 可视化训练集拟合结果

python 复制代码
# 可视化训练集拟合结果
sorted_indices = np.argsort(X_train[:,0])
sorted_X_train = X_train[sorted_indices]
sorted_X_train_poly = poly_reg.fit_transform(sorted_X_train)
plt.figure(1)
plt.scatter(X_train, y_train, color = 'red')
plt.plot(sorted_X_train, regressor.predict(sorted_X_train_poly), "bs:")
plt.title('population VS median_house_value (training set)')
plt.xlabel('population')
plt.ylabel('median_house_value')
plt.show()

输出结果:

可以很好的看到拟合的二次多项式可以很好的表示原始数据的人口和房价的走势

2.11 可视化测试集拟合结果

python 复制代码
# 可视化测试集拟合结果
sorted_indices = np.argsort(X_test[:,0])
sorted_X_test = X_test[sorted_indices]
sorted_X_test_poly = poly_reg.fit_transform(sorted_X_test)
plt.figure(2)
plt.scatter(X_test, y_test, color = 'red')
plt.plot(sorted_X_test, regressor.predict(sorted_X_test_poly), "bs:")
plt.title('population VS median_house_value (test set)')
plt.xlabel('population')
plt.ylabel('median_house_value')
plt.show()

输出结果:

可以看到,拟合的二次多项式在测试集上的表现是相当不错了,说明我们训练的线性模型有很好的应用效果。

相关推荐
Easy_API1 小时前
2.8万亿参数,编程反超GPT-6 Astra:Kimi K3.1 Pro把开源模型推到了哪一步
大数据·人工智能·gpt·深度学习
GlobalInfo2 小时前
2026年机器人多指灵巧手市场分析报告——涵盖行业调查、趋势分析与发展前景
大数据·人工智能·microsoft·微服务·机器人
紧跟先前的步伐2 小时前
Go AI Agent 实战 24|工具系统工程化收尾与阶段验收
人工智能·ai·golang·1024程序员节
释厄6232 小时前
AI学习层更新与跨体转移律——人类社会同构·不缺理解缺 U
人工智能·学习
老金带你玩AI3 小时前
集万家所长,一键复制的Agent.md!
人工智能
ZhuoAIStage3 小时前
舞台工艺多专业审图提速:用 AI 智能体编排 A+B+C+G 四段读图流水线
人工智能·自动化·工作流编排·舞台工艺·审图智能体
小奶包他干奶奶3 小时前
AI学习——1、机器学习概念
人工智能·机器学习
展讯快报4 小时前
悬浮提词器免费App评估报告:说得AI的免费策略与可用性分析
人工智能
Yuzhiyuxia4 小时前
【AI Agent面试系列】AI Agent记忆机制知识点1
人工智能·面试·职场和发展
2601_965448874 小时前
AI视频制作:做系列历史人物视频音色不搭,AI 音色克隆的方法实测
人工智能·音视频