机器学习

一、机器学习

1.定义

让计算机在数据中学习规律并根据得到的规律对未来进行预测。

2.发展史

19世纪50年代：图灵测试提出、塞缪尔开发的西洋跳棋程序，标志着机器学习正式进入发展期

19世纪80年代：神经网络反向传播（BP）算法训练的多参数线性规划（MLP），复兴时代

19世纪90年代：决策树（ID3）算法，支持向量机（SVM），由知识驱动转变为数据驱动

21世纪初：Hinton提出深度学习（Deep Learning），蓬勃发展时期

2012年：算力提升和海量训练样本的支持，深度学习成为机器学习研究热点

3.分类

按学习模式不同：

监督学习：给结果去学习模型，然后对给定的新数据利用模型去进行预测。主要用于回归和分类。

半监督学习：利用少量标注数据和大量无标注数据进行学习，侧重于在有监督的分类算法中加入无标记样本来实现半监督分类。

无监督学习：没有结果，给数据找出规律。主要用于关联分析、聚类和降维。对抗神经网络。

强化学习：类似于监督学习，但未使用样本数据进行训练，通过不断试错进行学习的模式。两个可交互对象：智能体和环境，四个核心要素：策略、回报函数（收益信号）、价值函数、环境模型（可选）。常用于机器人避障、棋牌类游戏、广告和推荐等应用场景。

4.机器学习项目开发步骤

1.收集数据

2.准备数据

3.训练模型

4.评估模型

5.提高性能

二、scikit-learn工具

1.安装

windows+r输入cmd，进入命令提示符

激活conda：conda activate

创建sklearn虚拟环境：conda create -n sklearn python=3.9

激活sklearn环境：activate sklearn

pip install --index https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/ numpy

pip install --index https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/ scipy

pip install --index Verifying - USTC Mirrors matplotlib

pip install --index Verifying - USTC Mirrors pandas

pip install --index Verifying - USTC Mirrors scikit-learn

参考以下安装教程：https://www.sklearncn.cn/62/

安装报错参考：pip 安装 scikit-learn失败解决教程_failed to build scikit-learn-CSDN博客

pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple scikit-learn

VScode安装

环境选择-测试是否可以正常使用

2.scikit-learn包含内容

分类

回归

聚类

降低维度

模型选择

特征预处理

三、数据集

1.sklearn玩具数据集

数据在sklearn库的本地，数据量小

函数	返回
load_boston(*[,return_X_y])	加载并返回波士顿房价数据集（回归）
load_iris(*[,return_X_y，as_frame])	加载并返回鸢尾花数据集（分类）
load_diabetes(*[,return_X_y,as_frame])	加载并返回糖尿病数据集（回归）
load_digits(*[,n_class,return_X_y，as_frame])	加载并返回数字数据集（分类）
load_linnerud(*[,return_X_y,as_frame])	加载并返回linnerud物理锻炼数据集
load_wine(*[,return_X_y，as_frame])	加载并返回葡萄酒数据集（分类）
load_breast_cancer(*[,return_X_y，as_frame])	加载并返回威斯康星州乳腺癌数据集（分类）

2.sklearn现实世界数据集

通过网络获取，数据量大

函数	说明
fetch_olivetti_faces(*[,data_home,...])	从AT＆T（分类）中加载Olivetti人脸数据集
fetch_20newsgroups(*[,data_home,subset,...])	从20个新闻组数据集中加载文件名和数据（分类）
fetch_20newsgroups_vectorized(*[,subset,...])	加载20个新闻组数据集并将其矢量化为令牌计数（分类）
fetch_lfw_people(*[,data_home,funneled...])	将标签的面孔加载到Wild（LFW）人数据集中（分类）
fetch_lfw_pairs(*[,subset,data_home,...])	在“Wild（LFW）”对数据集中加载标签的面部（分类）
fetch_covtype(*[,data_home,...])	加载covertype（植被型数据集）数据集（分类）
fetch_rcv1(*[,data_home,subset,...])	加载RCV1多标签数据集（分类）
fetch_kddcup99(*[,subset,data_home,...])	加载kddcup99（网络入侵检测）数据集（分类）
fetch_california_housing(*[,data_home,...])	加载加利福尼亚住房数据集（回归）

3.sklearn加载玩具数据集

eg1：加载鸢尾花数据

from sklearn.datasets import load_iris#加载玩具数据(鸢尾花数据集)
iris = load_iris()
print(iris.data)#数据(特征数据)
print(iris.data.shape)
print(iris.feature_names)#特征名称
print(iris.target)#标签(目标)
print(iris.target.shape)
print(iris.target_names)#目标描述
print(iris.filename) #iris.csv 保存后的文件名
print(iris.DESCR)#数据集的描述

特征有:

花萼长 sepal length

花萼宽sepal width

花瓣长 petal length

花瓣宽 petal width

三分类：

0-Setosa山鸢尾

1-Versicolour变色鸢尾

2-Virginica维吉尼亚鸢尾

用pandas把特征和目标一起显示出来：

from sklearn.datasets import load_iris
import pandas as pd
import numpy as np
def loadiris1():iris = load_iris()#加载鸢尾花数据(去本地加载了一个csv文件)# print(iris.data)#特征数据# print(iris.feature_names)# print(iris.target)# print(iris.target_names)# print(iris.DESCR)# print(iris.filename)# print("data什么类型的数据",type(iris.data),iris.data.dtype)# print("target什么类型的数据",type(iris.target),iris.target.dtype)x = iris.data# print(x.shape,x.dtype)y = iris.target.reshape(x.shape[0],1).astype(np.float64)#把一维数组转化为2维数组(待会可以和x堆叠) 再把保存的数据的类型转化为跟x一样data=np.hstack([x,y])# print(data,data.shape)# print(data[80][4])# print(iris.target_names[int(data[80][4])])# print(iris.feature_names.append("target"))iris.feature_names.append("target")dataf=pd.DataFrame(data=data,columns=iris.feature_names)print(dataf)
loadiris1()
​

4.sklearn获取现实世界数据集

1.联网下载后，保存到home目录

from sklearn import datasets
datasets.get_data_home()  #查看数据集默认存放的位置

eg2.获取20分类新闻数据

sklearn.datasets.fetch_20newsgroups(data_home,subset)

data_home：

subset:train：只下载训练集；test：只下载测试集；all：训练集和测试集

return_X_y：决定返回值的情况，False：默认

当参数return_X_y值为False时， 函数返回Bunch对象,Bunch对象中有以下属性 *data:特征数据集, 长度为18846的列表list, 每一个元素就是一篇新闻内容， 共有18846篇 *target:目标数据集，长度为18846的数组ndarray, 第一个元素是一个整数，整数值为[0,20) *target_names:目标描述，长度为20的list *filenames：长度为18846的ndarray, 元素为字符串,代表新闻的数据位置的路径 当参数return_X_y值为True时，函数返回值为元组，元组长度为2， 第一个元素值为特征数据集，第二个元素值为目标数据集

from sklearn.datasets import fetch_20newsgroups
​
data=fetch_20newsgroups(data_home="./src",subset="test")
​
print(data.data[1])
​
print(data.target_names)

5.加载本地自己的数据集

1.csv文件

①：txt，数据之间用英文逗号隔开，保存后缀名改为csv

②：excel，填写数据，以csv后缀保存文件

2.pandas加载csv

pd.read_csv("./src/ss.csv")

数据为DataFrame形式

import pandas as pd
# 作业("" "./" "../"  "/" 是什么意思 而且举例说明)
#. (点) 表示当前目录，从当前工作目录开始的相对路径
#.. (两个点) 表示上一级目录，引用位于当前目录父目录中的文件
#/路径分隔符，用于分隔目录名和文件名
data=pd.read_csv('src/ss.csv')
print(data)

import pandas as pd
data=pd.read_excel("src/ss.xlsx")
print(data)

6.数据集的划分

1.函数

sklearn.model_selection.train_test_split(*arrays，**options)

*array ：用于接收1到多个"列表、numpy数组、稀疏矩阵或padas中的DataFrame"。

**options， 重要的关键字参数有： test_size 值为0.0到1.0的小数，表示划分后测试集占的比例 random_state 值为任意整数，表示随机种子，使用相同的随机种子对相同的数据集多次划分结果是相同的。否则多半不同 shuffle：布尔值。默认为True，在分割之前是否对数据进行洗牌 stratify：分层划分，默认是y，按照 y 中类别的比例进行分层抽样，确保训练集和测试集中各类别样本的比例相同。 返回值说明：返回值为列表list, 列表长度与形参array接收到的参数数量相关联, 形参array接收到的是什么类型，list中对应被划分出来的两部分就是什么类型

2.示例

复习：

arr2=[100,200]
x,y=arr2
print(x,y)
def m(*a, **b):print(a)       #('hello', 123)print(b)       #{'name': '小王', 'age': 30, 'sex': '男'}   m("hello", 123,  name="小王", age=30, sex="男")
​
def m2(a,b,c):pass
dic={"a":123,"b":12,"c":123}   
print(dic) #{'a': 123, 'b': 12, 'c': 123}
#m2(**dic)相当于m2(a=dic["a"],b=dic["b"],c=dic["c"])

eg3

from sklearn.model_selection import train_test_split
arr1=[1,23,2,231,25,36,23,32,22,34,123,12,3,2,3]
x_train,x_test=train_test_split(arr1,train_size=0.8)
print(arr1)
print(x_train,x_test)
#[1, 23, 2, 231, 25, 36, 23, 32, 22, 34, 123, 12, 3, 2, 3]
[34, 2, 123, 12, 3, 1, 2, 231, 32, 36, 22, 23] [23, 25, 3]

from sklearn.model_selection import train_test_split
arr1=[1111,23,2,231,25,36,23,32,22,34,123,12,3,33333,3]
arr2=[9999,1,1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,66666,3]
x_train,x_test,y_train,y_test=train_test_split(arr1,arr2,train_size=0.8)#arrays
print(arr1)
print(x_train,x_test)
print(y_train,y_test)
#[1111, 23, 2, 231, 25, 36, 23, 32, 22, 34, 123, 12, 3, 33333, 3]
#[9999, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 66666, 3]
#[34, 3, 1111, 22, 33333, 25, 123, 32, 23, 12, 2, 3] [36, 23, 231]
#[2, 3, 9999, 2, 66666, 1, 3, 2, 2, 3, 1, 3] [1, 1, 1]
#将arr1和对应的arr2打乱，再划分成训练集和测试集

from sklearn.model_selection import train_test_split
x=[[11,2,3,31,111],[12,2,3,32,112],[1,23,3,33,113],[14,2,3,34,114],[15,2,3,35,115],[16,2,3,36,116],[1,23,3,36,117],[1,23,3,316,118],[1,23,3,326,119],[1,23,3,336,120]]
y=[1,1,1,1,1,2,2,2,2,2]
x_train,x_test,y_train,y_test=train_test_split(x,y,test_size=0.3,stratify=y,random_state=40)#stratify=y，按y进行分层
print("x_train:\n",x_train)
print("x_test:\n",x_test)
print("y_train:\n",y_train)
print("y_test:\n",y_test)
print(type(x_test))