基于UCI数据集，比较线性回归和岭回归的错误率

悠悠 2022-12-17 13:58 202阅读 0赞

# 0.总结 #

*  LawsonAbs的认知与思考，不一定完善和准确，还请各位读者怀批判思维阅读。
 *  分成训练集和测试集
 *  可以直接得到解析解

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# 1.逻辑回归和岭回归 #

关于原理公式，这里不再涉及

# 2.数据集 #

boston的房价数据集，可以直接从sklean中获取。

# 3.代码 #

给出代码，将其运行在jupyter notebook中，可以得到一个完整的输出。如果想了解更多内容，可以访问我的[GitHub][]

''' Author: LawsonAbs Date: 2020-10-23 22:00:47 LastEditTime: 2020-10-26 09:26:16 FilePath: /wheels/regression/regression.py '''
    import torch as t
    import torch.nn as nn
    import matplotlib.pyplot as plt
    from sklearn.datasets import load_boston # 使用波士顿房价数据集
        
    
    # 计算线性回归
    ''' description: param {*} x:传入的数据，是个矩阵，tensor类型 return {*} '''
    def linearRegression(x,y):
        # 如果说，直接用了 nn.Linear() 这个操作，就不用手动计算下面的w值，因为它会自动计算出来 
        # linear = nn.Linear(in_features=inFea,out_features=outFea) # 线性映射操作 
        xT = t.transpose(x,0,1) # 计算得到x的转置
    
        # 直接计算解析解
        tX =  t.mm(xT, x)  # 矩阵的乘法操作
        tX = t.inverse(tX) # 再算逆
        w = t.mm(tX,xT)
        w = t.mm(w,y)
        
        return w  # 得到的参数w
    
    
    ''' description: 岭回归 param {*} x param {*} inFea param {*} outFea return {*} '''
    def ridgeRegression(x,y,lam):
        xT = t.transpose(x,0,1) # 计算得到x的转置
        # 直接计算解析解
        tX = t.mm(xT, x)  # 求 (x的转置 * x)
        I = t.eye(tX.size(0)) 
        w = tX + lam * I # 加上单位阵
        w = t.inverse(w) # 算逆
        w = t.mm(w,xT)
        w = t.mm(w,y) 
        return w  # 得到的参数w
        
    
    ''' description: 计算在训练集上的错误率 计算在测试集上的错误率 param {*} x： 训练数据 param {*} y： 训练数据 param {*} w： 参数值 return {*} errRate:错误率 return {*} '''
    def calErrorRate(x,y,w):
        w = t.transpose(w,0,1) # 先转置一下
        threshold = 2
        error = 0
        for i in range(len(x)):
            item = x[i]
            item = item.view(item.size(0),1)
            out = t.mm(w,item)
            #print(f"模拟out={out.item()}, 实际price={y[i].item()}")
            if (out - y[i]) > threshold:
                error += 1
        errRate = error / len(y)
        return errRate
    
    
    ''' description: 得到两个不同模型的均方误差 param {*} x param {*} y param {*} w '''
    def getMSE(x,y,w):
        w = t.transpose(w,0,1) # 先转置一下 
        error = 0
        for i in range(len(x)):
            item = x[i]
            item = item.view(item.size(0),1)
            out = t.mm(w,item)
            #print(f"模拟out={out.item()}, 实际price={y[i].item()}")
            error += ( (out - y[i]) * (out - y[i]) )            
        return error/len(y)
    
    
    if __name__ == "__main__":
        # 使用sklean中的数据集
        x,y = load_boston(return_X_y=True)
        
        x = t.tensor(x)
        y = t.tensor(y)
        y.unsqueeze_(1) # 将y变成一个列向量
        # 划分数据集
        part1 = int(x.size(0) * 0.8)  # 强转为int 
        x_train = x[:part1]
        y_train = y[:part1]
        x_test = x[part1:-1]
        y_test = y[part1:-1]
        
        # 得到训练模型
        lW = linearRegression(x_train,y_train) # linear w
        print(lW)
        
        # 测试数据误差率
        linearERate = calErrorRate(x_test,y_test,lW)    
        
        linearError = getMSE(x_test,y_test,lW)
        print(f"linear MSE is:{linearError.item()}")
        # 找出一个合适的λ
        lamVal=[] #lambda的值
        ridgeError=[] # 损失值
        optLam = 0 # 表示最优lam值
        minError = 0x7fffffff
        for lam in range(100):
            rW = ridgeRegression(x_train,y_train,lam)
            error = getMSE(x_test,y_test,rW)        
            if(error < minError):
                minError= error
                optLam = lam
            lamVal.append(lam)
            ridgeError.append(error)
        # 画出图形表示
        plt.plot(lamVal,ridgeError)
        print(f"optimal lambda:{optLam},corresponding MSE is:{minError.item()}")

[GitHub]: https://github.com/LawsonAbs/wheelsMaker/blob/master/regression/regression_torch.py