K折交叉验证

0.理论

K折交叉验证可以防止过拟合。它的步骤是:

  1. 将数据分成K份
  2. 保留一份数据用于测试,评价模型结果
  3. 使用余下的K-1份数据训练模型,然后使用测试数据集来评价模型在所有这些不同的训练数据集中的效果
  4. 最终误差是这些模型结果的R方的均值。

1.使用K折交叉验证避免过拟合

from sklearn.model_selection import cross_val_score, train_test_split
from sklearn import datasets
from sklearn import svm

iris = datasets.load_iris()
# 分为训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(iris.data, iris.target, test_size=0.4, random_state=0)
# 用支持向量机分类
clf = svm.SVC(kernel='linear', C=1).fit(X_train, y_train)
# 评估模型分数
clf.score(X_test, y_test)   
0.9666666666666667
# K折交叉验证,K取5
scores = cross_val_score(clf, iris.data, iris.target, cv=5)
# 查看分数的均值
print(scores.mean())
0.9800000000000001
# 尝试使用多项式核函数
clf = svm.SVC(kernel='poly', C=1).fit(X_train, y_train)
scores = cross_val_score(clf, iris.data, iris.target, cv=5)
# 训练集的分数
print(scores.mean())
# 测试集的分数
print(clf.score(X_test, y_test))   
0.9800000000000001
0.9

2.参考资料

Python数据科学与机器学习:从入门到实践
作者:
[美]弗兰克•凯恩(Frank Kane)

源代码下载:
https://www.ituring.com.cn/book/2426

### k交叉验证原理与应用 #### 基本理论和步骤 k交叉验证是一种用于评估机器学习模型性能的技术。该技术的核心思想是将原始数据随机划分为k个互斥子集(称为“叠”),每个子集大约占总数据量的1/k[^1]。 对于每一次迭代,选择其中一个子集作为验证集,其余(k-1)个子集组合成训练集。这样可以得到k组不同的训练/测试分割方式,从而使得每一个观测值都有机会被选作验证集中的一员。此过程重复执行k次,每次使用不同部分的数据作为验证集,最终汇总这k轮的结果以获得更稳定可靠的估计[^2]。 #### 应用场景 当面临有限规模的数据集时,采用传统的单一分割可能导致过拟合风险增加或泛化能力不足等问题;而通过引入k交叉验证,则可以在一定程度上缓解这些问题并提高模型评价指标的真实性。此外,在超参数调优过程中也经常运用到这种方法来寻找最优配置方案。 #### 实现方法 下面给出Python环境下基于Scikit-Learn库的一个简单例子: ```python from sklearn.model_selection import cross_val_score, KFold from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.linear_model import LogisticRegression # 加载鸢尾花分类数据集 data = load_iris() X, y = data.data, data.target # 定义逻辑回归模型 model = LogisticRegression(max_iter=200) # 创建KFold对象指定分拆策略,默认shuffle=False kf = KFold(n_splits=5) # 使用cross_val_score函数计算平均得分 scores = cross_val_score(model, X, y, cv=kf) print(f'Cross-validation scores: {scores}') print(f'Mean score: {"{:.3f}".format(scores.mean())}') ``` 上述代码展示了如何利用`sklearn`中的工具快速完成一次完整的五交叉验证实验,并输出各轮次的表现分数及其均值。值得注意的是,这里选择了线性支持向量机作为待测算法之一,但在实际操作中可以根据具体需求替换为其他类型的预测器[^3]。
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