ML.NET库学习008：使用ML.NET进行心脏疾病预测模型开发

文章目录

ML.NET库学习008：使用ML.NET进行心脏疾病预测模型开发
- - [1. 项目主要目的和原理](#1. 项目主要目的和原理)
  - [2. 项目概述](#2. 项目概述)
  - [3. 主要功能和步骤](#3. 主要功能和步骤)
  - [4. 代码中的数据结构和内容说明](#4. 代码中的数据结构和内容说明)
  - - 数据类定义：
  - [5. 样本数据清洗方法或标注方法](#5. 样本数据清洗方法或标注方法)
  - [6. 预测数据处理方法说明](#6. 预测数据处理方法说明)
  - [7. 总结](#7. 总结)

ML.NET库学习008：使用ML.NET进行心脏疾病预测模型开发

1. 项目主要目的和原理

本项目的目的是开发一个基于ML.NET的机器学习模型，用于心脏疾病的风险预测。通过分析患者的心脏相关特征数据，模型可以对是否存在心脏疾病进行分类。

原理：

使用监督学习算法（决策树）对训练数据进行拟合。
通过对测试数据进行预测来评估模型性能。
将训练好的模型保存为文件，以便后续使用。

2. 项目概述

实现的主要功能：

数据加载与预处理。
特征提取与拼接。
模型训练（基于决策树算法）。
模型评估。
模型保存。
预测测试。

主要流程步骤：

加载训练数据和测试数据。
构建特征向量并拟合模型。
使用测试数据评估模型性能。
保存训练好的模型。
使用模型对单个样本进行预测。

关键技术：

ML.NET：微软的机器学习框架，用于构建跨平台、高性能的机器学习模型。
决策树算法（FastTree）：一种高效的树结构回归/分类算法。
特征拼接与数据预处理：将多维特征向量化为模型输入。

3. 主要功能和步骤

数据加载与路径处理

代码中定义了一个GetAbsolutePath方法，用于获取相对路径的绝对路径。训练数据和测试数据存储在指定的文件夹中，路径通过该方法拼接生成。

csharp 复制代码

public static string GetAbsolutePath(string relativePath)
{
    FileInfo _dataRoot = new FileInfo(typeof(Program).Assembly.Location);
    string assemblyFolderPath = _dataRoot.Directory.FullName;
    
    string fullPath = Path.Combine(assemblyFolderPath, relativePath);
    return fullPath;
}

模型训练与评估

加载数据：

csharp 复制代码

var trainingData = ML.Data.LoadFromTextFile<HeartData>(trainingFilePath, separatorChar: '\t');

构建特征向量并拟合模型：

csharp 复制代码

var pipeline = new Pipeline()
    .Add(new TextLoader<HeartData>(separatorChar: '\t'))
    .Add(new SelectColumnsTransformer("Age", "Sex", "Cp", "TrestBps", "Chol", "Fbs", "RestEcg", 
        "Thalac", "Exang", "OldPeak", "Slope", "Ca", "Thal"))
    .Add(new ConcatFeatures() { OutputColumnName = "Features" })
    .Add(new FastTree.BinaryClassification());

var model = pipeline.Fit(trainingData);

模型评估：

csharp 复制代码

var metrics = model.Evaluate(testData, labelColumn: "Label");

模型保存与加载

模型通过Save()方法保存为文件，后续可以使用Load()方法重新加载。

4. 代码中的数据结构和内容说明

数据类定义：

HeartData：表示输入特征。

csharp 复制代码

public class HeartData
{
    public float Age { get; set; }
    public bool Sex { get; set; }
    public int Cp { get; set; }
    public float TrestBps { get; set; }
    public float Chol { get; set; }
    public bool Fbs { get; set; }
    public int RestEcg { get; set; }
    public float Thalac { get; set; }
    public bool Exang { get; set; }
    public float OldPeak { get; set; }
    public int Slope { get; set; }
    public int Ca { get; set; }
    public int Thal { get; set; }
}

HeartPrediction：表示预测结果。

csharp 复制代码

public class HeartPrediction
{
    public bool Prediction { get; set; }
    public float Probability { get; set; }
}

5. 样本数据清洗方法或标注方法

在代码中，未直接体现数据清洗步骤。但通常情况下，数据清洗包括以下内容：

处理缺失值。
去除异常值。
数据归一化/标准化。

对于心脏疾病预测任务，可能需要对特征进行如下处理：

对分类变量（如Sex, Exang）进行编码。
确保数值型特征（如Age, Chol）无缺失或异常值。

6. 预测数据处理方法说明

在预测阶段，代码通过以下步骤处理输入数据：

加载训练好的模型。
对单个样本进行预测。
输出预测结果和概率。

示例代码如下：

csharp 复制代码

foreach (var heartData in testSamples)
{
    var prediction = predictionEngine.Predict(heartData);
    
    Console.WriteLine($"Prediction: {prediction.Prediction}");
    Console.WriteLine($"Probability: {prediction.Probability}");
}

7. 总结

本项目通过ML.NET实现了基于决策树算法的心脏疾病预测模型。整个流程包括数据加载、特征提取、模型训练、评估和保存，以及预测测试。