numpy 编写逻辑回归算法对 iris 数据进行多分类并可视化

时间: 2023-06-29 20:05:51 浏览: 45
首先,我们需要加载数据集并将其划分为训练集和测试集。这里我选择使用sklearn库中的iris数据集。 ```python import numpy as np from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split iris = load_iris() X = iris.data y = iris.target X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) ``` 接下来,我们需要实现逻辑回归算法。对于多分类问题,我们可以使用softmax函数来计算每个类别的概率。我们可以使用交叉熵损失函数来评估模型的性能。实现如下: ```python def softmax(x): exp_x = np.exp(x) return exp_x / np.sum(exp_x, axis=1, keepdims=True) def cross_entropy_loss(y_pred, y_true): m = y_true.shape[0] p = softmax(y_pred) log_likelihood = -np.log(p[range(m), y_true]) loss = np.sum(log_likelihood) / m return loss def logistic_regression(X, y, num_iterations, learning_rate): m, n = X.shape num_classes = len(np.unique(y)) W = np.random.randn(n, num_classes) * 0.01 b = np.zeros((1, num_classes)) for i in range(num_iterations): z = np.dot(X, W) + b y_pred = softmax(z) loss = cross_entropy_loss(y_pred, y) dz = y_pred - (y_true == np.array([range(num_classes)]).reshape(num_classes, -1)).T dW = np.dot(X.T, dz) db = np.sum(dz, axis=0, keepdims=True) W -= learning_rate * dW b -= learning_rate * db if i % 100 == 0: print("Iteration {}: loss = {}".format(i, loss)) return W, b ``` 最后,我们可以使用训练好的模型进行预测并可视化结果。这里我选择使用matplotlib库来绘制决策边界。 ```python import matplotlib.pyplot as plt W, b = logistic_regression(X_train, y_train, num_iterations=1000, learning_rate=0.01) def predict(X, W, b): z = np.dot(X, W) + b y_pred = np.argmax(softmax(z), axis=1) return y_pred y_pred = predict(X_test, W, b) plt.scatter(X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=y_pred) plt.xlabel('Sepal length') plt.ylabel('Sepal width') plt.show() ``` 完整代码如下: ```python import numpy as np from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split import matplotlib.pyplot as plt def softmax(x): exp_x = np.exp(x) return exp_x / np.sum(exp_x, axis=1, keepdims=True) def cross_entropy_loss(y_pred, y_true): m = y_true.shape[0] p = softmax(y_pred) log_likelihood = -np.log(p[range(m), y_true]) loss = np.sum(log_likelihood) / m return loss def logistic_regression(X, y, num_iterations, learning_rate): m, n = X.shape num_classes = len(np.unique(y)) W = np.random.randn(n, num_classes) * 0.01 b = np.zeros((1, num_classes)) for i in range(num_iterations): z = np.dot(X, W) + b y_pred = softmax(z) loss = cross_entropy_loss(y_pred, y) dz = y_pred - (y_true == np.array([range(num_classes)]).reshape(num_classes, -1)).T dW = np.dot(X.T, dz) db = np.sum(dz, axis=0, keepdims=True) W -= learning_rate * dW b -= learning_rate * db if i % 100 == 0: print("Iteration {}: loss = {}".format(i, loss)) return W, b def predict(X, W, b): z = np.dot(X, W) + b y_pred = np.argmax(softmax(z), axis=1) return y_pred iris = load_iris() X = iris.data y = iris.target X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) W, b = logistic_regression(X_train, y_train, num_iterations=1000, learning_rate=0.01) y_pred = predict(X_test, W, b) plt.scatter(X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=y_pred) plt.xlabel('Sepal length') plt.ylabel('Sepal width') plt.show() ```

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