请严格按照上述要求,给出完整正确的python代码

时间: 2024-10-22 11:07:13 浏览: 16
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python基本代码教程-Python基础.pdf

以下是按照 `Lab6-instructions.pdf` 中的要求编写的完整 Python 代码。代码分为几个部分:数据加载和探索、数据预处理、模型构建、模型评估、超参数调优和交叉验证。 ```python import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier, plot_tree from sklearn.model_selection import train_test_split, GridSearchCV, cross_val_score from sklearn.metrics import accuracy_score, confusion_matrix, classification_report, roc_curve, auc from sklearn.preprocessing import StandardScaler, OneHotEncoder from sklearn.compose import ColumnTransformer from sklearn.pipeline import Pipeline import seaborn as sns # 1. 数据加载和探索 url = "https://archive.ics.uci.edu/ml/machine-learning-databases/adult/adult.data" column_names = [ 'age', 'workclass', 'fnlwgt', 'education', 'education-num', 'marital-status', 'occupation', 'relationship', 'race', 'sex', 'capital-gain', 'capital-loss', 'hours-per-week', 'native-country', 'income' ] data = pd.read_csv(url, header=None, names=column_names) print("前5行数据:") print(data.head()) print("\n数据描述:") print(data.describe()) print("\n数据信息:") print(data.info()) # 可视化关键特征分布 plt.figure(figsize=(12, 6)) sns.histplot(data['age'], bins=30, kde=True) plt.title('Age Distribution') plt.show() plt.figure(figsize=(12, 6)) sns.countplot(x='income', data=data) plt.title('Income Distribution') plt.show() # 2. 数据预处理 # 处理缺失值 data.replace('?', np.nan, inplace=True) data.dropna(inplace=True) # 分离特征和目标变量 X = data.drop(columns=['income']) y = data['income'] # 定义数值型和类别型特征 numeric_features = ['age', 'fnlwgt', 'education-num', 'capital-gain', 'capital-loss', 'hours-per-week'] categorical_features = ['workclass', 'education', 'marital-status', 'occupation', 'relationship', 'race', 'sex', 'native-country'] # 创建预处理器 preprocessor = ColumnTransformer( transformers=[ ('num', StandardScaler(), numeric_features), ('cat', OneHotEncoder(handle_unknown='ignore'), categorical_features) ]) # 3. 模型构建 # 划分训练集和测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42) # 创建管道 pipeline = Pipeline(steps=[ ('preprocessor', preprocessor), ('classifier', DecisionTreeClassifier(random_state=42)) ]) # 训练决策树分类器 pipeline.fit(X_train, y_train) # 可视化决策树 plt.figure(figsize=(20, 10)) plot_tree(pipeline.named_steps['classifier'], filled=True, feature_names=pipeline.named_steps['preprocessor'].get_feature_names_out()) plt.show() # 4. 模型评估 # 预测测试集 y_pred = pipeline.predict(X_test) # 计算准确率 accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred) print(f"Accuracy: {accuracy:.4f}") # 生成混淆矩阵 cm = confusion_matrix(y_test, y_pred) print("Confusion Matrix:") print(cm) # 计算其他指标 report = classification_report(y_test, y_pred) print("Classification Report:") print(report) # 绘制ROC曲线并计算AUC y_prob = pipeline.predict_proba(X_test)[:, 1] fpr, tpr, _ = roc_curve(y_test, y_prob) roc_auc = auc(fpr, tpr) plt.figure() plt.plot(fpr, tpr, color='darkorange', lw=2, label=f'ROC curve (area = {roc_auc:.2f})') plt.plot([0, 1], [0, 1], color='navy', lw=2, linestyle='--') plt.xlim([0.0, 1.0]) plt.ylim([0.0, 1.05]) plt.xlabel('False Positive Rate') plt.ylabel('True Positive Rate') plt.title('Receiver Operating Characteristic') plt.legend(loc="lower right") plt.show() # 5. 超参数调优 param_grid = { 'classifier__criterion': ['gini', 'entropy'], 'classifier__max_depth': [None, 10, 20, 30], 'classifier__min_samples_split': [2, 5, 10], 'classifier__min_samples_leaf': [1, 2, 4] } grid_search = GridSearchCV(pipeline, param_grid, cv=5, scoring='accuracy', n_jobs=-1) grid_search.fit(X_train, y_train) # 获取最佳参数 best_params = grid_search.best_params_ print("Best Parameters:", best_params) # 使用最佳参数重新训练模型 best_pipeline = grid_search.best_estimator_ y_pred_best = best_pipeline.predict(X_test) # 评估性能 accuracy_best = accuracy_score(y_test, y_pred_best) print(f"Accuracy with Best Parameters: {accuracy_best:.4f}") # 6. 交叉验证 cv_scores = cross_val_score(best_pipeline, X, y, cv=5, scoring='accuracy') print(f"Cross-Validation Scores: {cv_scores}") print(f"Average Accuracy: {np.mean(cv_scores):.4f}") ``` ### 注意事项 1. **数据路径**:如果数据文件不在网络上,需要将 `url` 替换为本地文件路径。 2. **环境配置**:确保安装了所有必要的库,如 `pandas`, `numpy`, `scikit-learn`, `matplotlib`, 和 `seaborn`。 3. **运行时间**:超参数调优可能需要较长时间,特别是在较大的数据集上。 希望这段代码能帮助你完成实验任务!如果有任何问题或需要进一步的帮助,请随时告诉我。
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