请给出文件中“课程内容”部分的实现代码

时间: 2024-10-29 16:18:16 浏览: 10
根据文件中的“课程内容”部分,以下是各个任务的具体实现代码: ### 1. 编写一个采用留出法的训练集与测试集创建程序 `my_split(data, ratio)`,要求(不使用 `sklearn`)返回训练集与测试集。 ```python import numpy as np def my_split(data, ratio): np.random.shuffle(data) split_idx = int(len(data) * ratio) train_set = data[:split_idx] test_set = data[split_idx:] return train_set, test_set ``` ### 2. 编写分类性能度量的函数 `my_metrics(y, y_predict)`,要求(不使用 `sklearn`)返回准确度、精确率、召回率和 F1 score。 ```python def my_metrics(y, y_predict): tp = sum((y == 1) & (y_predict == 1)) tn = sum((y == 0) & (y_predict == 0)) fp = sum((y == 0) & (y_predict == 1)) fn = sum((y == 1) & (y_predict == 0)) accuracy = (tp + tn) / (tp + tn + fp + fn) precision = tp / (tp + fp) if (tp + fp) > 0 else 0 recall = tp / (tp + fn) if (tp + fn) > 0 else 0 f1_score = 2 * precision * recall / (precision + recall) if (precision + recall) > 0 else 0 return accuracy, precision, recall, f1_score ``` ### 3. 完成对鸢尾花分类的练习 #### (1) 加载鸢尾花数据集,构造分类任务的 X 和 Y ```python from sklearn.datasets import load_iris iris = load_iris() X, y = iris.data, iris.target ``` #### (2) 对数据集进行随机划分,分别构造训练集和测试集 ```python train_data, test_data = my_split(np.column_stack((X, y)), 0.8) X_train, y_train = train_data[:, :-1], train_data[:, -1] X_test, y_test = test_data[:, :-1], test_data[:, -1] ``` #### (3) 训练集和测试集分别进行标准化 ```python from sklearn.preprocessing import StandardScaler scaler = StandardScaler() X_train_scaled = scaler.fit_transform(X_train) X_test_scaled = scaler.transform(X_test) ``` #### (4) 利用 `sklearn.linear_model` 创建逻辑回归模型 `LogisticRegression`,通过训练集训练模型 ```python from sklearn.linear_model import LogisticRegression model = LogisticRegression(max_iter=10000) model.fit(X_train_scaled, y_train) ``` #### (5) 将训练好的模型对测试集的输入数据进行预测,获得测试集的预测输出 ```python y_pred = model.predict(X_test_scaled) ``` #### (6) 利用 `sklearn.metrics`,使用准确率,精确率,召回率和 F1 Score 四个评价指标对测试集的预测输出进行评估 ```python from sklearn.metrics import accuracy_score, precision_score, recall_score, f1_score accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred) precision = precision_score(y_test, y_pred, average='weighted') recall = recall_score(y_test, y_pred, average='weighted') f1 = f1_score(y_test, y_pred, average='weighted') print(f"Accuracy: {accuracy}") print(f"Precision: {precision}") print(f"Recall: {recall}") print(f"F1 Score: {f1}") ``` #### (7) 计算混淆矩阵,并可视化 ```python from sklearn.metrics import confusion_matrix, ConfusionMatrixDisplay import matplotlib.pyplot as plt cm = confusion_matrix(y_test, y_pred) disp = ConfusionMatrixDisplay(confusion_matrix=cm, display_labels=model.classes_) disp.plot() plt.show() ``` #### (8) 对比不使用标准化处理的模型性能 ```python model_unscaled = LogisticRegression(max_iter=10000) model_unscaled.fit(X_train, y_train) y_pred_unscaled = model_unscaled.predict(X_test) accuracy_unscaled = accuracy_score(y_test, y_pred_unscaled) precision_unscaled = precision_score(y_test, y_pred_unscaled, average='weighted') recall_unscaled = recall_score(y_test, y_pred_unscaled, average='weighted') f1_unscaled = f1_score(y_test, y_pred_unscaled, average='weighted') print(f"Unscaled Accuracy: {accuracy_unscaled}") print(f"Unscaled Precision: {precision_unscaled}") print(f"Unscaled Recall: {recall_unscaled}") print(f"Unscaled F1 Score: {f1_unscaled}") ``` ### 4. 完成线性回归模型的练习 #### (1) 创建一个简单的一元回归样本:`y = 3x + 4 + noise` ```python np.random.seed(0) X = np.random.rand(100, 1) noise = np.random.randn(100, 1) * 0.1 y = 3 * X + 4 + noise ``` #### (2) 为了将线性回归模型 \( y = w_0 + w_1 x \) 变换为其向量化形式 \( \hat{y} = w^T X \),我们将偏置项 \( w_0 \) 写成其与特征值恒为 1 的 \( x \) 的乘积 ```python X_b = np.c_[np.ones((100, 1)), X] ``` #### (3) 采用闭式解方法,通过下式的标准方程计算 \( w \),得出偏置项 \( w_0 \) 与特征权重 \( w_1 \) ```python theta_best = np.linalg.inv(X_b.T.dot(X_b)).dot(X_b.T).dot(y) w0, w1 = theta_best[0][0], theta_best[1][0] print(f"w0: {w0}, w1: {w1}") ``` #### (4) 实现梯度下降算法求 \( w \) ```python learning_rate = 0.1 n_iterations = 1000 m = 100 theta = np.random.randn(2, 1) for iteration in range(n_iterations): gradients = 2 / m * X_b.T.dot(X_b.dot(theta) - y) theta = theta - learning_rate * gradients w0_gd, w1_gd = theta[0][0], theta[1][0] print(f"w0 (Gradient Descent): {w0_gd}, w1 (Gradient Descent): {w1_gd}") ``` #### (5) 研究本例中不同学习率对收敛速度的影响,结合可视化方法进行简单论述 ```python learning_rates = [0.01, 0.1, 0.5] for lr in learning_rates: theta = np.random.randn(2, 1) costs = [] for iteration in range(n_iterations): gradients = 2 / m * X_b.T.dot(X_b.dot(theta) - y) theta = theta - lr * gradients cost = np.mean((X_b.dot(theta) - y) ** 2) costs.append(cost) plt.plot(range(n_iterations), costs, label=f'Learning Rate: {lr}') plt.xlabel('Iterations') plt.ylabel('Cost') plt.legend() plt.title('Convergence of Gradient Descent with Different Learning Rates') plt.show() ``` 这些代码实现了文件中描述的所有任务,涵盖了从数据分割到模型训练和评估的完整过程。希望这些代码对你有所帮助!
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