python數(shù)據(jù)挖掘算法的示例分析

這篇文章給大家分享的是有關(guān)python數(shù)據(jù)挖掘算法的示例分析的內(nèi)容。小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，一起跟隨小編過來看看吧。

1、首先簡述數(shù)據(jù)挖掘的過程

第一步：數(shù)據(jù)選擇

可以通過業(yè)務(wù)原始數(shù)據(jù)、公開的數(shù)據(jù)集、也可通過爬蟲的方式獲取。

第二步： 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)極可能有噪音，不完整等缺陷，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，方法有min-max 標(biāo)準(zhǔn)化，z-score 標(biāo)準(zhǔn)化，修正的標(biāo)準(zhǔn)z-score。

第三步：特征值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

將數(shù)據(jù)提取特征使這些數(shù)據(jù)符合特定數(shù)據(jù)挖掘算法的分析模型。數(shù)據(jù)模型有很多，等下詳細(xì)講解。

第四步：模型訓(xùn)練

選擇好的數(shù)據(jù)挖掘算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練

第五步：測試模型+效果評估

有兩種主流方法：

十折交叉驗(yàn)證：將數(shù)據(jù)集隨機(jī)分割成十個(gè)等份，每次用9份數(shù)據(jù)做訓(xùn)練集，1份數(shù)據(jù)做測試集，如此迭代10次。十折交叉驗(yàn)證的關(guān)鍵在于較平均地分為10份。

N折交叉驗(yàn)證又稱為留一法：用幾乎所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，然后留一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，并迭代每一數(shù)據(jù)測試。留一法的優(yōu)點(diǎn)是：確定性。

第六步：模型使用

使用訓(xùn)練好的模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。

第七步：解釋與評價(jià)

對數(shù)據(jù)挖掘后的信息加以分析解釋，并應(yīng)用于實(shí)際的工作領(lǐng)域。

2、主要的算法模型講解 ——基于sklearn

1）線性回歸：希望所有點(diǎn)都落在直線上，所有點(diǎn)離直線的距離最近。首先假設(shè)好y=ax+b中a和b的值，然后計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到這條直線上的距離總和，目的是要使這個(gè)總和最小！

from sklearn.linear_model import LinearRegression
# 定義線性回歸模型
model = LinearRegression(fit_intercept=True, normalize=False, 
    copy_X=True, n_jobs=1)
"""
參數(shù)
---
    fit_intercept：是否計(jì)算截距。False-模型沒有截距
    normalize： 當(dāng)fit_intercept設(shè)置為False時(shí)，該參數(shù)將被忽略。 如果為真，則回歸前的回歸系數(shù)X將通過減去平均值并除以l2-范數(shù)而歸一化。
     n_jobs：指定線程數(shù)
"""

2）邏輯回歸：二分算法，用于兩分類問題。需要預(yù)測函數(shù)的“大概形式”， 比如是線性還是非線性的。

上面有提到，該數(shù)據(jù)集需要一個(gè)線性的邊界。 不同數(shù)據(jù)需要不同的邊界。

from sklearn.linear_model import LogisticRegression
# 定義邏輯回歸模型
model = LogisticRegression(penalty='l2', dual=False, tol=0.0001, C=1.0, 
    fit_intercept=True, intercept_scaling=1, class_weight=None, 
    random_state=None, solver='liblinear', max_iter=100, multi_class='ovr', 
    verbose=0, warm_start=False, n_jobs=1)
 
"""參數(shù)
---
    penalty：使用指定正則化項(xiàng)（默認(rèn)：l2）
    dual: n_samples > n_features取False（默認(rèn)）
    C：正則化強(qiáng)度的反，值越小正則化強(qiáng)度越大
    n_jobs: 指定線程數(shù)
    random_state：隨機(jī)數(shù)生成器
    fit_intercept: 是否需要常量
"""

3）樸素貝葉斯算法NB：用于判斷某件事的發(fā)生概率，我就曾用此算法做過輿情分類器。將一些語句變?yōu)?1二維矩陣，計(jì)算詞語的出現(xiàn)頻率，從而判斷語句的情感色彩是怎樣的。

效率很高，但存在一定的錯(cuò)誤概率

from sklearn import naive_bayes
model = naive_bayes.GaussianNB() # 高斯貝葉斯
model = naive_bayes.MultinomialNB(alpha=1.0, fit_prior=True, class_prior=None)
model = naive_bayes.BernoulliNB(alpha=1.0, binarize=0.0, fit_prior=True, class_prior=None)
"""
文本分類問題常用MultinomialNB
參數(shù)
---
    alpha：平滑參數(shù)
    fit_prior：是否要學(xué)習(xí)類的先驗(yàn)概率；false-使用統(tǒng)一的先驗(yàn)概率
    class_prior: 是否指定類的先驗(yàn)概率；若指定則不能根據(jù)參數(shù)調(diào)整
    binarize: 二值化的閾值，若為None，則假設(shè)輸入由二進(jìn)制向量組成
"""

4）決策樹DT：類似流程圖的樹結(jié)構(gòu)，它使用分支方法來說明決策的每個(gè)可能結(jié)果。樹中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表對特定變量的測試 - 每個(gè)分支都是該測試的結(jié)果。

from sklearn import tree 
model = tree.DecisionTreeClassifier(criterion='gini', max_depth=None, 
    min_samples_split=2, min_samples_leaf=1, min_weight_fraction_leaf=0.0, 
    max_features=None, random_state=None, max_leaf_nodes=None, 
    min_impurity_decrease=0.0, min_impurity_split=None,
     class_weight=None, presort=False)
"""參數(shù)
---
    criterion ：特征選擇準(zhǔn)則gini/entropy
    max_depth：樹的最大深度，None-盡量下分
    min_samples_split：分裂內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，所需要的最小樣本樹
    min_samples_leaf：葉子節(jié)點(diǎn)所需要的最小樣本數(shù)
    max_features: 尋找最優(yōu)分割點(diǎn)時(shí)的最大特征數(shù)
    max_leaf_nodes：優(yōu)先增長到最大葉子節(jié)點(diǎn)數(shù)
    min_impurity_decrease：如果這種分離導(dǎo)致雜質(zhì)的減少大于或等于這個(gè)值，則節(jié)點(diǎn)將被拆分。
"""

5）支持向量機(jī)SVM：就是判斷線性可分不可分，能不能用直線分割兩類數(shù)據(jù)！理論可以推廣到三維，甚至思維以上的特征空間。三維使用平面來分隔數(shù)據(jù)，四維和四維以上因?yàn)槿祟?無法直觀的感知出來，所以畫不出來，但是能分隔數(shù)據(jù)，存在這樣的平面叫做超平面。

from sklearn.svm import SVC
model = SVC(C=1.0, kernel='rbf', gamma='auto')
"""參數(shù)
---
    C：誤差項(xiàng)的懲罰參數(shù)C
    gamma: 核相關(guān)系數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)，If gamma is ‘a(chǎn)uto' then 1/n_features will be used instead.
"""

6）k近鄰算法KNN：采用測量不同特征值之間距離的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類的一個(gè)算法。

給定一個(gè)樣本的集合，這里稱為訓(xùn)練集，并且樣本中每個(gè)數(shù)據(jù)都包含標(biāo)簽。對于新輸入的一個(gè)不包含標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算這個(gè)新的數(shù)據(jù)與每一個(gè)樣本之間的距離，選取前k個(gè)，通常k小于20，以k個(gè)劇里最近的數(shù)據(jù)的標(biāo)簽中出現(xiàn)次數(shù)最多的標(biāo)簽作為該新加入的數(shù)據(jù)標(biāo)簽。

K近鄰算法，即是給定一個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，對新的輸入實(shí)例，在訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中找到與該實(shí)例最鄰近的K個(gè)實(shí)例，這K個(gè)實(shí)例的多數(shù)屬于某個(gè)類，就把該輸入實(shí)例分類到這個(gè)類中。（這就類似于現(xiàn)實(shí)生活中少數(shù)服從多數(shù)的思想）根據(jù)這個(gè)說法，咱們來看下引自維基百科上的一幅圖：

如果K=3，綠色圓點(diǎn)的最鄰近的3個(gè)點(diǎn)是2個(gè)紅色小三角形和1個(gè)藍(lán)色小正方形，少數(shù)從屬于多數(shù)，基于統(tǒng)計(jì)的方法，判定綠色的這個(gè)待分類點(diǎn)屬于紅色的三角形一類。

如果K=5，綠色圓點(diǎn)的最鄰近的5個(gè)鄰居是2個(gè)紅色三角形和3個(gè)藍(lán)色的正方形，還是少數(shù)從屬于多數(shù)，基于統(tǒng)計(jì)的方法，判定綠色的這個(gè)待分類點(diǎn)屬于藍(lán)色的正方形一類。

from sklearn import neighbors
#定義kNN分類模型
model = neighbors.KNeighborsClassifier(n_neighbors=5, n_jobs=1) # 分類
model = neighbors.KNeighborsRegressor(n_neighbors=5, n_jobs=1) # 回歸
"""參數(shù)
---
    n_neighbors： 使用鄰居的數(shù)目
    n_jobs：并行任務(wù)數(shù)
"""

7）K-均值聚類（K-means）：

• 定義目標(biāo)聚類數(shù)K，例如，k=3

• 隨機(jī)初始化的 k 個(gè)聚類中心(controids)

• 計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到K個(gè)聚類中心的Euclidean Distance，然后將數(shù)據(jù)點(diǎn)分到Euclidean Distance最小的對應(yīng)類聚中心的那類

• 針對每個(gè)類別，重新計(jì)算它的聚類中心；

• 重復(fù)上面 3-4 兩步操作，直到達(dá)到某個(gè)中止條件（迭代次數(shù)、最小誤差變化等）

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.cluster import KMeans
 
df = pd.DataFrame({"x": [25, 34, 22, 27, 33, 33, 31, 22, 35, 34, 67, 54, 57, 43, 50, 57, 59, 52, 65, 47, 49, 48, 35, 33, 44, 45, 38, 43, 51, 46],
                   "y": [79, 51, 53, 78, 59, 74, 73, 57, 69, 75, 51, 32, 40, 47, 53, 36, 35, 59, 59, 50, 25, 20, 14, 12, 20, 5,  29, 27, 8,  7]})
kmeans = KMeans(n_clusters=3).fit(df)
centroids = kmeans.cluster_centers_
# 打印類聚中心
print(type(centroids), centroids)
# 可視化類聚結(jié)果
fig, ax = plt.subplots()
ax.scatter(df['x'],df['y'],c=kmeans.labels_.astype(float),s=50, alpha=0.5)
ax.scatter(centroids[:, 0], centroids[:, 1], c='red', s=50)
plt.show()

和KNN所不同，K-均值聚類屬于無監(jiān)督學(xué)習(xí)。

監(jiān)督學(xué)習(xí)知道從對象（數(shù)據(jù)）中學(xué)習(xí)什么，而無監(jiān)督學(xué)習(xí)無需知道所要搜尋的目標(biāo)，它是根據(jù)算法得到數(shù)據(jù)的共同特征。比如用分類和聚類來說，分類事先就知道所要得到的類別，而聚類則不一樣，只是以相似度為基礎(chǔ)，將對象分得不同的簇。

ps）：我們在機(jī)器學(xué)習(xí)中一直會遇到兩種問題，一種是回歸問題，一種是分類問題。我們從字面上理解，很容易知道分類問題其實(shí)是將我們現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分成若干類，然后對于新的數(shù)據(jù)，我們根據(jù)所分得類而進(jìn)行劃分；而回歸問題是將現(xiàn)有數(shù)據(jù)擬合成一條函數(shù)，根據(jù)所擬合的函數(shù)來預(yù)測新的數(shù)據(jù)。 這兩者的區(qū)別就在于輸出變量的類型?；貧w是定量輸出，或者說是預(yù)測連續(xù)變量；分類問題書定量輸出，預(yù)測離散變量。Po一張我在知乎上看到的一張圖片，解釋的很好：

3、sklearn自帶方法joblib來進(jìn)行保存訓(xùn)練好的模型

from sklearn.externals import joblib
 
# 保存模型
joblib.dump(model, 'model.pickle')
#載入模型
model = joblib.load('model.pickle')

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