k折划分数据

本文介绍了在数据分析和机器学习中,如何使用K折、StratifiedKFold及StratifiedGroupKFold进行数据划分。通过示例csv文件说明了如何处理具有分组和标签的数据集。

采用 K 折交叉验证之前需要先划分好数据,这里记录一下各种 K 折划分数据的方法

0. 示例 csv

构造一个 example.csv 为例,其中 image_name 为特征,patient_id 为分组,target 为标签。

1. KFold

太简单不写了


2. StratifiedKFold

import os
import numpy as np
import pandas as pd
from sklearn.model_selection import StratifiedKFold

k = 3  # 将分为 3 折
df = pd.read_csv('example.csv')
df.insert(len(df.columns), 'StratifiedKFold', np.nan)

skf = StratifiedKFold(n_splits=k, shuffle=True, random_state=2020)
for fold, (train_ids, valid_ids) in enumerate(skf.split(X=np.zeros(len(df)), y=df['target']),
                                              start=1):
    df.loc[valid_ids, 'StratifiedKFold'] = fold
    
# 保存
df.to_csv('example_skf.csv')

# 看看 fold == 1 作为验证集时,训练集和验证集的标签计数
df = pd.read_csv('example_skf.csv', index_col=0)
train_df = df[df['StratifiedKFold'] != 1]
valid_df = df[df['StratifiedKFold'] ==
<think>我们参考之前提供的代码,实现YOLO数据集的K交叉验证划分。主要步骤包括:1.读取数据集的所有图片路径(或标签路径),并获取对应的索引。2.使用KFold将数据集划分为K个(folds)。3.为每一生成训练集和验证集的txt文件(YOLO训练通常需要这些txt文件指定数据)。注意:由于YOLO数据集通常由图片和对应的标签txt文件组成,我们通常根据图片(或标签)的索引来划分。我们将按照以下步骤进行:-获取所有图片文件的路径(假设图片和标签在同一文件夹下,但通常图片在images,标签在labels,这里我们以图片为例,然后通过替换得到标签路径)-使用KFold进行划分-创建k个文件夹,每个文件夹中存储该对应的train.txt和val.txt,包含图片的绝对路径(或相对路径)为了简化,我们假设数据集结构如下:dataset/images/train/#存放训练图片(实际划分时我们使用整个数据集的图片)val/#可能没有,因为我们自己划分labels/train/#存放训练标签val/但我们在划分时,通常将整个训练集(包含所有图片和标签)进行K划分(注意:测试集独立,不参与划分)。我们这里将整个数据集(用于交叉验证的)放在一个文件夹中,例如images_all/,对应的标签在labels_all/。实际代码中,我们将图片路径列表作为输入进行划分,然后写入txt文件(每个txt文件包含该训练集或验证集的图片路径)。步骤:1.收集所有图片路径(假设为jpg格式)。2.设置K,并初始化KFold。3.对每一,生成训练集和验证集的索引,然后根据索引将图片路径分为训练集和验证集。4.将训练集图片路径写入train_fold{i}.txt,验证集图片路径写入val_fold{i}.txt。注意:在YOLO训练中,我们需要提供的是每个图片的绝对路径(或相对于项目根目录的相对路径),每行一个。此外,我们也可以生成对应的标签路径,但通常只需要图片路径,因为YOLO会自动根据图片路径找到标签(将images替换为labels,图片后缀替换为txt)。下面给出代码实现:</think> 以下是如何在 Python 中实现 K交叉验证的完整代码示例,使用 `scikit-learn` 库进行数据集划分: ```python from sklearn.model_selection import KFold import numpy as np import pandas as pd # 1. 准备数据集(示例) # 假设我们有一个包含100个样本的数据集 X = np.random.rand(100, 5) # 100个样本,每个样本有5个特征 y = np.random.randint(0, 2, 100) # 100个标签(二分类问题) print(f"数据集形状:特征矩阵 {X.shape},标签向量 {y.shape}") # 2. 创建KFold对象 - 5交叉验证 kfold = KFold( n_splits=5, # 数(K) shuffle=True, # 打乱数据顺序 random_state=42 # 设置随机种子以确保可复现性 ) # 3. 执行K交叉验证 fold_num = 0 for train_index, test_index in kfold.split(X): fold_num += 1 print(f"\n{'='*40}") print(f"第 {fold_num} :") # 划分训练集和验证集 X_train, X_val = X[train_index], X[test_index] y_train, y_val = y[train_index], y[test_index] # 计算各类别样本比例(分类问题) class_ratio_train = pd.Series(y_train).value_counts(normalize=True) class_ratio_val = pd.Series(y_val).value_counts(normalize=True) print(f"训练集大小: {len(X_train)} 样本 ({len(X_train)/len(X):.0%})") print(f"验证集大小: {len(X_val)} 样本 ({len(X_val)/len(X):.0%})") print("\n训练集类别分布:") print(class_ratio_train.map("{:.1%}".format)) print("\n验证集类别分布:") print(class_ratio_val.map("{:.1%}".format)) # 这里可以插入模型训练和评估代码 # model = MyModel() # model.fit(X_train, y_train) # score = model.score(X_val, y_val) # 保存划分结果到文件(可选) with open(f'fold_{fold_num}_train.txt', 'w') as f: f.write('\n'.join(map(str, train_index))) with open(f'fold_{fold_num}_val.txt', 'w') as f: f.write('\n'.join(map(str, test_index))) print(f"\n{'='*40}") print("K交叉验证完成!所有划分文件已保存。") ``` ### K交叉验证的关键步骤说明: 1. **初始化KFold对象**: ```python KFold(n_splits=5, shuffle=True, random_state=42) ``` - `n_splits`: 指定K值(数据集划分数) - `shuffle`: 是否在划分前打乱数据顺序,通常设置为`True` - `random_state`: 随机种子确保结果可复现 2. **遍历划分**: ```python for train_index, test_index in kfold.split(X): # 每个的索引 X_train, X_val = X[train_index], X[test_index] y_train, y_val = y[train_index], y[test_index] ``` 3. **评估数据分布**: - 计算训练集和验证集的样本数量比例 - 分析各的类别分布(对分类问题尤其重要) 4. **保存划分结果**(可选): - 将每个的训练和验证索引保存到单独文件 - 方便后续实验复现不同的结果 ### K交叉验证的应用场景[^3][^1]: 1. 模型选择:比较不同算法在相同数据划分上的表现 2. 超参数调优:寻找最优超参数组合 3. 评估模型泛化能力:替代单一验证集提供更可靠的评估 ### K的取值经验: - 通常K取5或10(平衡计算成本和估计精度) - 小数据集建议使用更高K值(如LOOCV,K=N) - 大数据集可用较低K值以减少计算时间 $$ \text{LOOCV误差} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \text{Err}_i $$ 其中 $\text{Err}_i$ 是第i个样本作为测试集时的预测误差
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