sklearn非线性规划

时间: 2023-09-05 18:08:53 浏览: 51
sklearn库是一个用于机器学习的Python库,它提供了许多用于处理数据和构建模型的工具。然而,sklearn并没有直接提供非线性规划的功能。 如果你需要进行非线性规划,可以考虑使用专门的优化库,比如scipy.optimize或cvxpy。这些库提供了一系列的优化算法,包括非线性规划算法。 在scipy.optimize中,你可以使用minimize函数来解决非线性规划问题。你需要提供目标函数、约束条件以及初始值等参数。这个函数会尝试找到使目标函数最小化的变量值,同时满足约束条件。 在cvxpy中,你可以使用该库提供的建模语言来描述非线性规划问题。你需要定义目标函数、约束条件,并指定求解器来求解问题。 这些库都有详细的文档和示例代码,你可以参考它们来了解如何使用非线性规划算法进行建模和求解。
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代码实现非线性支持向量机

非线性支持向量机(Nonlinear Support Vector Machine,简称NLSVM)是支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)的一种扩展形式,它通过引入核函数来处理非线性可分的情况。 下面是一个简单的Python实现NLSVM的示例代码: ```python import numpy as np from sklearn.datasets import make_classification from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.svm import SVC from sklearn.metrics import accuracy_score # 生成随机数据集 X, y = make_classification(n_samples=1000, n_features=10, n_informative=5, n_classes=2, random_state=42) # 划分训练集和测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) # 定义核函数 def rbf_kernel(x1, x2, gamma): return np.exp(-gamma * np.linalg.norm(x1 - x2) ** 2) # 训练SVM模型 def train(X, y, C, kernel, gamma): n_samples, n_features = X.shape # 计算核矩阵 K = np.zeros((n_samples, n_samples)) for i in range(n_samples): for j in range(n_samples): K[i,j] = kernel(X[i], X[j], gamma) # 定义QP问题的参数 P = np.outer(y, y) * K q = -np.ones(n_samples) G = np.vstack((-np.eye(n_samples), np.eye(n_samples))) h = np.hstack((np.zeros(n_samples), C * np.ones(n_samples))) A = y.reshape(1, -1) b = np.zeros(1) # 解决QP问题 from cvxopt import solvers solvers.options['show_progress'] = False solution = solvers.qp(matrix(P), matrix(q), matrix(G), matrix(h), matrix(A), matrix(b)) alpha = np.array(solution['x']).flatten() # 提取支持向量 support_vectors = X[alpha > 1e-5] support_vectors_y = y[alpha > 1e-5] support_vectors_alpha = alpha[alpha > 1e-5] # 计算偏差 bias = np.mean(support_vectors_y - np.sum(support_vectors_alpha * support_vectors_y * K[alpha > 1e-5], axis=0)) return support_vectors, support_vectors_y, support_vectors_alpha, bias # 预测 def predict(X, support_vectors, support_vectors_y, support_vectors_alpha, bias, kernel, gamma): y_pred = np.zeros(len(X)) for i in range(len(X)): s = 0 for alpha, sv_y, sv in zip(support_vectors_alpha, support_vectors_y, support_vectors): s += alpha * sv_y * kernel(X[i], sv, gamma) y_pred[i] = s y_pred = np.sign(y_pred + bias) return y_pred # 训练和测试模型 C = 1 gamma = 0.5 kernel = rbf_kernel support_vectors, support_vectors_y, support_vectors_alpha, bias = train(X_train, y_train, C, kernel, gamma) y_pred_train = predict(X_train, support_vectors, support_vectors_y, support_vectors_alpha, bias, kernel, gamma) y_pred_test = predict(X_test, support_vectors, support_vectors_y, support_vectors_alpha, bias, kernel, gamma) # 计算准确率 print("Train accuracy:", accuracy_score(y_train, y_pred_train)) print("Test accuracy:", accuracy_score(y_test, y_pred_test)) ``` 该代码使用了CVXOPT库来解决二次规划问题。此外,还使用了Scikit-learn库中的make_classification函数来生成随机数据集,并使用SVC类和accuracy_score函数来评估模型的准确率。

使用python实现非线性SVM算法

非线性SVM算法可以使用核函数来解决非线性分类问题。下面是使用Python实现非线性SVM算法的步骤: 1. 导入需要的库和数据集 ```python from sklearn.datasets import make_circles import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np X, y = make_circles(n_samples=100, noise=0.1, factor=0.1, random_state=42) ``` 2. 可视化数据集 ```python plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y) plt.show() ``` 3. 定义核函数 这里我们使用径向基函数(RBF)作为核函数。 ```python def rbf_kernel(x1, x2, gamma): return np.exp(-gamma * np.linalg.norm(x1 - x2) ** 2) ``` 4. 定义非线性SVM分类器 ```python class NonlinearSVM: def __init__(self, gamma=1.0): self.gamma = gamma def fit(self, X, y): n_samples, n_features = X.shape # 计算Gram矩阵 K = np.zeros((n_samples, n_samples)) for i in range(n_samples): for j in range(n_samples): K[i, j] = rbf_kernel(X[i], X[j], self.gamma) # 定义二次规划问题 from cvxopt import matrix, solvers P = matrix(np.outer(y, y) * K) q = matrix(np.ones(n_samples) * -1) A = matrix(y, (1, n_samples)) b = matrix(0.0) G = matrix(np.diag(np.ones(n_samples) * -1)) h = matrix(np.zeros(n_samples)) # 求解二次规划问题 solvers.options['show_progress'] = False sol = solvers.qp(P, q, G, h, A, b) alphas = np.array(sol['x']).reshape(n_samples) # 提取支持向量 threshold = 1e-5 sv_indices = alphas > threshold self.support_vectors = X[sv_indices] self.support_vector_labels = y[sv_indices] self.support_vector_alphas = alphas[sv_indices] # 计算偏置项 self.b = np.mean( [y_k - self.predict(x_k, self.support_vectors, self.support_vector_labels, self.support_vector_alphas) for (y_k, x_k) in zip(self.support_vector_labels, self.support_vectors)]) def predict(self, x, support_vectors, support_vector_labels, support_vector_alphas): y_predict = 0 for i in range(len(support_vector_labels)): y_predict += support_vector_alphas[i] * support_vector_labels[i] * rbf_kernel(x, support_vectors[i], self.gamma) y_predict += self.b return np.sign(y_predict) ``` 5. 训练模型并可视化决策边界 ```python clf = NonlinearSVM(gamma=1.0) clf.fit(X, y) # 可视化决策边界 def plot_contours(ax, clf, xx, yy, **params): Z = clf.predict(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]) Z = Z.reshape(xx.shape) out = ax.contourf(xx, yy, Z, **params) return out xx, yy = np.meshgrid(np.linspace(-1.5, 1.5, 100), np.linspace(-1.5, 1.5, 100)) fig, ax = plt.subplots() plot_contours(ax, clf, xx, yy, cmap=plt.cm.coolwarm, alpha=0.8) plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y) plt.show() ``` 完整代码如下: ```python from sklearn.datasets import make_circles import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np X, y = make_circles(n_samples=100, noise=0.1, factor=0.1, random_state=42) plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y) plt.show() def rbf_kernel(x1, x2, gamma): return np.exp(-gamma * np.linalg.norm(x1 - x2) ** 2) class NonlinearSVM: def __init__(self, gamma=1.0): self.gamma = gamma def fit(self, X, y): n_samples, n_features = X.shape # 计算Gram矩阵 K = np.zeros((n_samples, n_samples)) for i in range(n_samples): for j in range(n_samples): K[i, j] = rbf_kernel(X[i], X[j], self.gamma) # 定义二次规划问题 from cvxopt import matrix, solvers P = matrix(np.outer(y, y) * K) q = matrix(np.ones(n_samples) * -1) A = matrix(y, (1, n_samples)) b = matrix(0.0) G = matrix(np.diag(np.ones(n_samples) * -1)) h = matrix(np.zeros(n_samples)) # 求解二次规划问题 solvers.options['show_progress'] = False sol = solvers.qp(P, q, G, h, A, b) alphas = np.array(sol['x']).reshape(n_samples) # 提取支持向量 threshold = 1e-5 sv_indices = alphas > threshold self.support_vectors = X[sv_indices] self.support_vector_labels = y[sv_indices] self.support_vector_alphas = alphas[sv_indices] # 计算偏置项 self.b = np.mean( [y_k - self.predict(x_k, self.support_vectors, self.support_vector_labels, self.support_vector_alphas) for (y_k, x_k) in zip(self.support_vector_labels, self.support_vectors)]) def predict(self, x, support_vectors, support_vector_labels, support_vector_alphas): y_predict = 0 for i in range(len(support_vector_labels)): y_predict += support_vector_alphas[i] * support_vector_labels[i] * rbf_kernel(x, support_vectors[i], self.gamma) y_predict += self.b return np.sign(y_predict) clf = NonlinearSVM(gamma=1.0) clf.fit(X, y) # 可视化决策边界 def plot_contours(ax, clf, xx, yy, **params): Z = clf.predict(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]) Z = Z.reshape(xx.shape) out = ax.contourf(xx, yy, Z, **params) return out xx, yy = np.meshgrid(np.linspace(-1.5, 1.5, 100), np.linspace(-1.5, 1.5, 100)) fig, ax = plt.subplots() plot_contours(ax, clf, xx, yy, cmap=plt.cm.coolwarm, alpha=0.8) plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y) plt.show() ```

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