线性回归和梯度下降代码demo
程序所用文件:https://files.cnblogs.com/files/henuliulei/%E5%9B%9E%E5%BD%92%E5%88%86%E7%B1%BB%E6%95%B0%E6%8D%AE.zip
线性回归
对于多元线性回归和一元线性回归推导理论是一致的,只不过参数是多个参数而已
梯度下降


凸函数使用局部下降法一定可以到全部最小值,所以不存在局部最小值才可以
下面两个demo是一元函数的拟合
1使用梯度下降法的数学公式进行的机器学习代码
- import numpy as np
- from matplotlib import pyplot as plt
- #读取数据
- data = np.genfromtxt('data.csv',delimiter=',')
- x_data = data[:, ]
- y_data = data[:, ]
- #plt.scatter(x_data, y_data)
- #plt.show()
- lr = 0.0001
- k =
- b =
- epochs =
- def compute_loss(x_data, y_data, b, k):#计算损失函数
- m = float(len(x_data))
- sum =
- for i in range(, len(x_data)):
- sum += (y_data[i] - (k*x_data[i] + b))**
- return sum/(*m)
- def gradient(x_data, y_data, k, b, lr, epochs):#进行梯度下降
- m = float(len(x_data))
- for i in range(,epochs):
- k_gradient =
- b_gradiet =
- for j in range(,len(x_data)):
- k_gradient += (/m)*((x_data[j] * k + b) - y_data[j])
- b_gradiet += (/m)*((x_data[j] * k + b) - y_data[j]) * x_data[j]
- k -= lr * k_gradient
- b -= lr * b_gradiet
- if i % == :
- print(i)
- plt.plot(x_data, y_data, 'b.')
- plt.plot(x_data, k*x_data + b, 'r')
- plt.show()
- return k, b
- k,b = gradient(x_data, y_data, , , lr, epochs)
- plt.plot(x_data, k * x_data + b, 'r')
- plt.plot(x_data, y_data, 'b.')
- print('loss =:',compute_loss(x_data, y_data, b, k),'b =:',b,'k =:',k)
- plt.show()
2 使用Python的sklearn库
- import numpy as np
- from matplotlib import pyplot as plt
- from sklearn.linear_model import LinearRegression
- #读取数据
- data = np.genfromtxt('data.csv',delimiter=',')
- x_data = data[:, ]
- y_data = data[:, ]
- plt.scatter(x_data, y_data)
- plt.show()
- x_data = data[:, , np.newaxis]#使一位数据编程二维数据
- y_data = data[:, , np.newaxis]
- model =LinearRegression()
- model.fit(x_data, y_data)#传进的参数必须是二维的
- plt.plot(x_data, y_data, 'b.')
- plt.plot(x_data, model.predict(x_data), 'r')#画出预测的线条
- plt.show()
3使用梯度下降法完成多元线性回归(以二元为例)
- import numpy as np
- from numpy import genfromtxt
- import matplotlib.pyplot as plt
- from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D #用来画3D图的包
- # 读入数据
- data = genfromtxt(r"Delivery.csv",delimiter=',')
- print(data)
- # 切分数据
- x_data = data[:,:-]
- y_data = data[:,-]
- print(x_data)
- print(y_data)
- # 学习率learning rate
- lr = 0.0001
- # 参数
- theta0 =
- theta1 =
- theta2 =
- # 最大迭代次数
- epochs =
- # 最小二乘法
- def compute_error(theta0, theta1, theta2, x_data, y_data):
- totalError =
- for i in range(, len(x_data)):
- totalError += (y_data[i] - (theta1 * x_data[i,] + theta2*x_data[i,] + theta0)) **
- return totalError / float(len(x_data))
- def gradient_descent_runner(x_data, y_data, theta0, theta1, theta2, lr, epochs):
- # 计算总数据量
- m = float(len(x_data))
- # 循环epochs次
- for i in range(epochs):
- theta0_grad =
- theta1_grad =
- theta2_grad =
- # 计算梯度的总和再求平均
- for j in range(, len(x_data)):
- theta0_grad += (/m) * ((theta1 * x_data[j,] + theta2*x_data[j,] + theta0) - y_data[j])
- theta1_grad += (/m) * x_data[j,] * ((theta1 * x_data[j,] + theta2*x_data[j,] + theta0) - y_data[j])
- theta2_grad += (/m) * x_data[j,] * ((theta1 * x_data[j,] + theta2*x_data[j,] + theta0) - y_data[j])
- # 更新b和k
- theta0 = theta0 - (lr*theta0_grad)
- theta1 = theta1 - (lr*theta1_grad)
- theta2 = theta2 - (lr*theta2_grad)
- return theta0, theta1, theta2
- print("Starting theta0 = {0}, theta1 = {1}, theta2 = {2}, error = {3}".
- format(theta0, theta1, theta2, compute_error(theta0, theta1, theta2, x_data, y_data)))
- print("Running...")
- theta0, theta1, theta2 = gradient_descent_runner(x_data, y_data, theta0, theta1, theta2, lr, epochs)
- print("After {0} iterations theta0 = {1}, theta1 = {2}, theta2 = {3}, error = {4}".
- format(epochs, theta0, theta1, theta2, compute_error(theta0, theta1, theta2, x_data, y_data)))
- ax = Axes3D(plt.figure())#和下面的代码功能一样
- #ax = plt.figure().add_subplot(, projection='3d')#plt.figure().add_subplot和plt.subplot的作用是一致的
- ax.scatter(x_data[:, ], x_data[:, ], y_data, c='r', marker='o', s=) # 点为红色三角形
- x0 = x_data[:, ]
- x1 = x_data[:, ]
- # 生成网格矩阵
- x0, x1 = np.meshgrid(x0, x1)#生成一个网格矩阵,矩阵的每个点的第一个轴的取值来自于x0范围内,第二个坐标轴的取值来自于x1范围内
- z = theta0 + x0 * theta1 + x1 * theta2
- # 画3D图
- ax.plot_surface(x0, x1, z)
- # 设置坐标轴
- ax.set_xlabel('Miles')
- ax.set_ylabel('Num of Deliveries')
- ax.set_zlabel('Time')
- # 显示图像
- plt.show()
4:使用Python的sklearn库完成多元线性回归
- import numpy as np
- from numpy import genfromtxt
- from sklearn import linear_model
- import matplotlib.pyplot as plt
- from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
- # 读入数据
- data = genfromtxt(r"Delivery.csv",delimiter=',')
- print(data)
- # 切分数据
- x_data = data[:,:-]
- y_data = data[:,-]
- print(x_data)
- print(y_data)
- # 创建模型
- model = linear_model.LinearRegression()
- model.fit(x_data, y_data)
- # 系数
- print("coefficients:",model.coef_)
- # 截距
- print("intercept:",model.intercept_)
- # 测试
- x_test = [[,]]
- predict = model.predict(x_test)
- print("predict:",predict)
- ax = plt.figure().add_subplot(, projection='3d')
- ax.scatter(x_data[:, ], x_data[:, ], y_data, c='r', marker='o', s=) # 点为红色三角形
- x0 = x_data[:, ]
- x1 = x_data[:, ]
- # 生成网格矩阵
- x0, x1 = np.meshgrid(x0, x1)
- z = model.intercept_ + x0*model.coef_[] + x1*model.coef_[]
- # 画3D图
- ax.plot_surface(x0, x1, z)#参数是二维的,而model.prodict(x_data)是一维的。
- # 设置坐标轴
- ax.set_xlabel('Miles')
- ax.set_ylabel('Num of Deliveries')
- ax.set_zlabel('Time')
- # 显示图像
- plt.show()
5 多项式回归拟合
- import numpy as np
- import matplotlib.pyplot as plt
- from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures#多项式
- from sklearn.linear_model import LinearRegression
- # 载入数据
- data = np.genfromtxt("job.csv", delimiter=",")
- x_data = data[:,]
- y_data = data[:,]
- plt.scatter(x_data,y_data)
- plt.show()
- x_data
- x_data = x_data[:,np.newaxis]
- y_data = y_data[:,np.newaxis]
- x_data
- # 创建并拟合模型
- model = LinearRegression()
- model.fit(x_data, y_data)
- # 画图
- plt.plot(x_data, y_data, 'b.')
- plt.plot(x_data, model.predict(x_data), 'r')
- plt.show()
- # 定义多项式回归,degree的值可以调节多项式的特征
- poly_reg = PolynomialFeatures(degree=)
- # 特征处理
- x_poly = poly_reg.fit_transform(x_data)
- # 定义回归模型
- lin_reg = LinearRegression()
- # 训练模型
- lin_reg.fit(x_poly, y_data)
- # 画图
- plt.plot(x_data, y_data, 'b.')
- plt.plot(x_data, lin_reg.predict(poly_reg.fit_transform(x_data)), c='r')
- plt.title('Truth or Bluff (Polynomial Regression)')
- plt.xlabel('Position level')
- plt.ylabel('Salary')
- plt.show()
- # 画图
- plt.plot(x_data, y_data, 'b.')
- x_test = np.linspace(,,)
- x_test = x_test[:,np.newaxis]
- plt.plot(x_test, lin_reg.predict(poly_reg.fit_transform(x_test)), c='r')
- plt.title('Truth or Bluff (Polynomial Regression)')
- plt.xlabel('Position level')
- plt.ylabel('Salary')
- plt.show()
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