详细描述python编写线性回归器模型,编写损失函数、编写梯度反传函数;实现 diamonds 特征(carat, cut,color,clarity,depth,table,x,y,z)对价格(price)的预测;训练数据为第 1-40000 条数据中所有合数索引对应的数据;测试数据为第 1-40000 条数据中所有质数索引对应的 数据(4203 个)。

时间: 2023-06-10 16:07:15 浏览: 75
首先,我们需要导入必要的库,如numpy和pandas。然后,我们读取diamonds数据集,选择我们需要的特征和目标变量,并将其分为训练集和测试集。在这里,我们只使用前40000行数据。 ```python import numpy as np import pandas as pd # 读取数据 data = pd.read_csv('diamonds.csv') # 选择特征和目标变量 features = ['carat', 'cut', 'color', 'clarity', 'depth', 'table', 'x', 'y', 'z'] target = 'price' # 分为训练集和测试集 train_data = data.iloc[:40000][data.index[:40000] % 2 == 0] test_data = data.iloc[:40000][data.index[:40000] % 2 == 1] ``` 接下来,我们需要对特征进行预处理。我们将分类变量转换为独热编码,并将所有特征缩放到[0,1]的范围内。 ```python from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder, MinMaxScaler # 对分类变量进行独热编码 encoder = OneHotEncoder() train_cat = encoder.fit_transform(train_data[['cut', 'color', 'clarity']]) test_cat = encoder.transform(test_data[['cut', 'color', 'clarity']]) # 对数值变量进行缩放 scaler = MinMaxScaler() train_num = scaler.fit_transform(train_data[['carat', 'depth', 'table', 'x', 'y', 'z']]) test_num = scaler.transform(test_data[['carat', 'depth', 'table', 'x', 'y', 'z']]) # 将独热编码和数值变量合并 train_features = np.hstack((train_cat.toarray(), train_num)) test_features = np.hstack((test_cat.toarray(), test_num)) # 目标变量 train_target = train_data[target].values.reshape(-1, 1) test_target = test_data[target].values.reshape(-1, 1) ``` 现在,我们可以开始构建线性回归模型。我们将使用numpy实现模型的训练和预测。 ```python class LinearRegression: def __init__(self, lr=0.01, epochs=1000, batch_size=None): self.lr = lr self.epochs = epochs self.batch_size = batch_size def fit(self, X, y): # 添加偏置项 X = np.hstack((np.ones((X.shape[0], 1)), X)) # 初始化参数 self.theta = np.zeros((X.shape[1], 1)) # 训练模型 for i in range(self.epochs): if self.batch_size: # 随机梯度下降 batch_indices = np.random.choice(X.shape[0], self.batch_size, replace=False) X_batch = X[batch_indices] y_batch = y[batch_indices] else: # 批量梯度下降 X_batch = X y_batch = y # 计算预测值和误差 y_pred = X_batch.dot(self.theta) error = y_pred - y_batch # 计算梯度并更新参数 gradient = X_batch.T.dot(error) / X_batch.shape[0] self.theta -= self.lr * gradient def predict(self, X): # 添加偏置项 X = np.hstack((np.ones((X.shape[0], 1)), X)) # 预测 y_pred = X.dot(self.theta) return y_pred ``` 模型的训练过程中,我们需要定义损失函数和梯度反传函数。这里我们使用均方误差作为损失函数,并使用梯度下降算法更新参数。 ```python def mse_loss(y_pred, y_true): # 计算均方误差 error = y_pred - y_true loss = np.mean(error ** 2) return loss def mse_gradient(y_pred, y_true, X): # 计算均方误差的梯度 error = y_pred - y_true gradient = 2 * X.T.dot(error) / X.shape[0] return gradient ``` 最后,我们使用训练集训练模型,并使用测试集进行预测和评估。 ```python # 训练模型 model = LinearRegression(lr=0.01, epochs=1000, batch_size=32) model.fit(train_features, train_target) # 在测试集上进行预测和评估 test_pred = model.predict(test_features) test_loss = mse_loss(test_pred, test_target) print('Test loss:', test_loss) ``` 完整代码: ```python import numpy as np import pandas as pd from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder, MinMaxScaler class LinearRegression: def __init__(self, lr=0.01, epochs=1000, batch_size=None): self.lr = lr self.epochs = epochs self.batch_size = batch_size def fit(self, X, y): # 添加偏置项 X = np.hstack((np.ones((X.shape[0], 1)), X)) # 初始化参数 self.theta = np.zeros((X.shape[1], 1)) # 训练模型 for i in range(self.epochs): if self.batch_size: # 随机梯度下降 batch_indices = np.random.choice(X.shape[0], self.batch_size, replace=False) X_batch = X[batch_indices] y_batch = y[batch_indices] else: # 批量梯度下降 X_batch = X y_batch = y # 计算预测值和误差 y_pred = X_batch.dot(self.theta) error = y_pred - y_batch # 计算梯度并更新参数 gradient = X_batch.T.dot(error) / X_batch.shape[0] self.theta -= self.lr * gradient def predict(self, X): # 添加偏置项 X = np.hstack((np.ones((X.shape[0], 1)), X)) # 预测 y_pred = X.dot(self.theta) return y_pred def mse_loss(y_pred, y_true): # 计算均方误差 error = y_pred - y_true loss = np.mean(error ** 2) return loss def mse_gradient(y_pred, y_true, X): # 计算均方误差的梯度 error = y_pred - y_true gradient = 2 * X.T.dot(error) / X.shape[0] return gradient # 读取数据 data = pd.read_csv('diamonds.csv') # 选择特征和目标变量 features = ['carat', 'cut', 'color', 'clarity', 'depth', 'table', 'x', 'y', 'z'] target = 'price' # 分为训练集和测试集 train_data = data.iloc[:40000][data.index[:40000] % 2 == 0] test_data = data.iloc[:40000][data.index[:40000] % 2 == 1] # 对分类变量进行独热编码 encoder = OneHotEncoder() train_cat = encoder.fit_transform(train_data[['cut', 'color', 'clarity']]) test_cat = encoder.transform(test_data[['cut', 'color', 'clarity']]) # 对数值变量进行缩放 scaler = MinMaxScaler() train_num = scaler.fit_transform(train_data[['carat', 'depth', 'table', 'x', 'y', 'z']]) test_num = scaler.transform(test_data[['carat', 'depth', 'table', 'x', 'y', 'z']]) # 将独热编码和数值变量合并 train_features = np.hstack((train_cat.toarray(), train_num)) test_features = np.hstack((test_cat.toarray(), test_num)) # 目标变量 train_target = train_data[target].values.reshape(-1, 1) test_target = test_data[target].values.reshape(-1, 1) # 训练模型 model = LinearRegression(lr=0.01, epochs=1000, batch_size=32) model.fit(train_features, train_target) # 在测试集上进行预测和评估 test_pred = model.predict(test_features) test_loss = mse_loss(test_pred, test_target) print('Test loss:', test_loss) ```

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