机器学习篇-朴素贝叶斯和特征降维

开出南方的花

已于 2025-02-17 17:49:00 修改

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文章标签：机器学习人工智能 scikit-learn 朴素贝叶斯特征降维情感分类多分类

于 2024-10-14 19:49:25 首次发布

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一. 朴素贝叶斯算法

朴素贝叶斯算法介绍

利用概率值进行分类的一种机器学习算法

复习概率

相互独立：如果P(AB)= P(A)P(B)，则称事件A与事件B相互独立

比如：女神喜欢程序员的概率，女神喜欢产品经理的概率，两个事件没有关系

简言之

条件概率：在去掉部分样本的情况下，计算某些样本的出现的概率，表示为：P(B|A)
联合概率：多个事件同时发生的概率是多少，表示为：P(AB) = P(B)*P(A|B)

贝叶斯公式

公式

举例解释

朴素贝叶斯

朴素贝叶斯在贝叶斯基础上增加：特征条件独立

假设，即：特征之间是互为独立的。此时，联合概率的计算即可简化为：

P(程序员,超重|喜欢) = P(程序员|喜欢) * P(超重|喜欢)
P(程序员,超重) = P(程序员) * P(超重)

条件不独立: P(AB) = P(A) * P(B|A) = P(B) * P(A|B)

条件独立: P(AB) = P(A) * P(B)

拉普拉斯平滑系数

为了避免概率值为 0，我们在分子和分母分别加上一个数值，这就是拉普拉斯平滑系数的作用

总结

案例-商品情感分类

API

流程

代码

import jieba  # 用来做分词
from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB  # 贝叶斯模型
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer  # 词频统计

import numpy as np
import pandas as pd


def demo01_naive_bayes():
    # 数据获取
    data = pd.read_csv('data/书籍评价.csv', encoding='gbk')
    # data.info()

    # 数据基本处理
    # 处理标签      好评 1  差评 0
    data['评价'] = np.where(data['评价'] == '好评', 1, 0)
    y = data['评价']
    # print(data.head())
    # 停用词表
    stop_words = []
    with open('data/stopwords.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
        lines = f.readlines()
        stop_words = [line.strip() for line in lines]
    stop_words = list(set(stop_words))  # 去重
    # print(stop_words)
    # 评论文本分词
    comment_list = [','.join(jieba.lcut(line)) for line in data['内容']]
    # print(comment_list)
    # 统计词频, 作为特征
    transformer = CountVectorizer(stop_words=stop_words)
    x_train = transformer.fit_transform(comment_list)
    """
    fit_transform(comment_list) 方法首先会对输入的 comment_list 进行拟合，学习其中的词汇表。
    然后将每条评论转换为一个词频向量，形成一个稀疏矩阵 x_train。稀疏矩阵是一种高效的存储方式，适用于大部分元素为零的情况。
    矩阵中的每一行代表一条评论，每一列代表词汇表中的一个单词，矩阵中的值表示该单词在这条评论中出现的次数
    """
    # print(x_train)
    my_names = transformer.get_feature_names_out()
    # print(my_names)

    x = x_train.toarray()
    # 3-5 准备训练集测试集
    x_train = x[:10, :]         # 准备训练集
    y_train = y.values[0:10]
    x_test = x[10:, :]          # 准备测试集
    y_test = y.values[10:]
    print('x_train.shape-->',data.内容[10:])
    print('y_train.shape-->',y_test)

    # 4.模型训练
    # 4-1 实例化贝叶斯 # 添加拉普拉修正平滑参数
    mymultinomialnb = MultinomialNB()
    mymultinomialnb.fit(x_train, y_train)
    
    # 5.模型预测
    y_pred = mymultinomialnb.predict(x_test)
    print('预测值-->', y_pred)
    print('真实值-->', y_test)
    
    # 6.模型评估
    myscore = mymultinomialnb.score(x_test, y_test)
    print('myscore-->', myscore)


if __name__ == '__main__':
    demo01_naive_bayes()

二. 特征降维

特征降维

为什么要进行特征降维

特征对训练模型时非常重要的；用于训练的数据集包含一些不重要的特征，可能导致模型泛化性能不佳

某些特征的取值较为接近，其包含的信息较少
希望特征独立存在对预测产生影响，两个特征同增同减非常相关，不会给模型带来更多的信息
解决模型过拟合

目的

指在某些限定条件下，降低特征个数

特征降维涉及的知识面比较多，当前阶段常用的方法：

（1）低方差过滤法

（2）PCA（主成分分析）降维法

（3）相关系数（皮尔逊相关系数、斯皮尔曼相关系数）

低方差过滤法

指的是删除方差低于某些阈值的一些特征

特征方差小：特征值的波动范围小，包含的信息少，模型很难学习到信息
特征方差大：特征值的波动范围大，包含的信息相对丰富，便于模型进行学习

API

代码

# 1.导入依赖包
from sklearn.feature_selection import VarianceThreshold
import pandas as pd

# 2. 读取数据集
data = pd.read_csv('data/垃圾邮件分类数据.csv')
print(data.shape) # (971, 25734)


# 3. 使用方差过滤法
transformer = VarianceThreshold(threshold=0.1)
data = transformer.fit_transform(data)
print(data.shape) # (971, 1044)

主成分分析法(PCA)

主成分分析

PCA 通过对数据维数进行压缩，尽可能降低原数据的维数(复杂度)损失少量信息，在此过程中可能会舍弃原有数据、创造新的变量。

API

代码

# 1.导入依赖包
from sklearn.decomposition import PCA
from sklearn.datasets import load_iris

# 2. 加载数据集
x, y = load_iris(return_X_y=True)
print(x[:5])


# 3. PCA,保留指定比例的信息
transformer = PCA(n_components=0.95)
x_pca = transformer.fit_transform(x)
print(x_pca[:5])


# 4. PCA,保留指定数量特征
transformer = PCA(n_components=2)
x_pca = transformer.fit_transform(x)
print(x_pca[:5])