K折交叉验证

如何确定合适的k值

  • K 值越小,偏误越大,所以越不推荐。(K 值小,则会变得像“验证集法”)
  • K 值太大,所得结果会变化多端。(K 值大,则会变得像“留一法”(LOOCV))
  • 通常建议的值是 k=10 。

如何衡量模型的偏误/变化程度?

K 层交叉检验之后,我们得到 K 个不同的模型误差估算值(e1, e2 …..ek)。理想的情况是,这些误差值相加得 0 。要计算模型的偏误,我们把所有这些误差值相加。平均值越低,模型越优秀。

模型表现变化程度的计算与之类似。取所有误差值的标准差,标准差越小说明模型随训练数据的变化越小。


from sklearn import cross_validation
model = RandomForestClassifier(n_estimators=100)
#简单K层交叉验证,10层。
cv = cross_validation.KFold(len(train), n_folds=10, indices=False)
results = []
# "Error_function" 可由你的分析所需的error function替代
for traincv, testcv in cv:
        probas = model.fit(train[traincv], target[traincv]).predict_proba(train[testcv])
        results.append( Error_function )
print "Results: " + str( np.array(results).mean() )


  1. 应该使用较大比例的数据集来训练模型,否则会导致失败,最终得到偏误很大的模型。
  2. 验证用的数据点,其比例应该恰到好处。如果太少,会导致验证模型有效性时,得到的结果波动较大。
  3. 训练和验证过程应该重复多次。训练集和验证集不能一成不变。这样有助于验证模型有效性。

官方对交叉验证的解释以及代码
http://scikit-learn.org/dev/modules/cross_validation.html#cross-validation


### 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据随机划分为k个互斥子集(称为“叠”),每个子集约占总据量的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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