Stacking【集成学习】

本文介绍了一种集成学习方法——Stacking,并通过Python代码演示如何使用该方法解决回归问题。利用Boston房价数据集,通过多模型预测组合提高预测准确性。

 

1.集成学习

在监督学习中,我们往往建立单一的模型来做预测。而集成学习就是通过组合多个模型(往往是weak learner 弱学习器) 以得到一个强模型(strong learner 强学习器),以求得到更好的预测效果。

2.stacking

stacking属于集成学习的一种

训练集经过多个模型预测出结果,然后将他们的结果构建成新的数据集,过程如下

5df991fdc5414351b4f545581a148425.jpeg

 接着,只要用这个新数据集训练新的学习器就ok了,具体可以看示例

3.Python示例

以boston数据集为例,下面是stacking解决回归问题的示例

stacking可以看成两层模型的构建,请参考代码部分

from sklearn import datasets
from sklearn.model_selection import KFold
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.ensemble import GradientBoostingRegressor as GBDT
from sklearn.ensemble import ExtraTreesRegressor as ET
from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor as RF
from sklearn.ensemble import AdaBoostRegressor as ADA
from sklearn.metrics import r2_score
im
### Stacking集成学习原理 Stacking是一种高级的集成学习方法,其核心思想在于通过多个基础模型(Base Models)对数据进行预测,并利用另一个称为元模型(Meta Model)的学习器来整合这些基础模型的输出结果。这种方法能够有效提升整体模型的表现能力[^1]。 具体而言,在Stacking中,基础模型通常由不同的算法构成,例如决策树、支持向量机或神经网络等。每个基础模型会独立地基于训练集生成预测值。随后,这些预测值被用作输入特征传递给元模型,从而完成最终的预测任务[^2]。 为了防止过拟合并提高泛化性能,Stacking常采用交叉验证的方式生成用于元模型训练的数据。即对于每一份测试折叠部分的基础模型预测结果会被收集起来作为新的特征集合,供后续元模型使用[^3]。 ### 实现方法 以下是基于Python的一个典型Stacking实现流程: #### 1. 数据准备与划分 首先需要准备好原始数据集,并将其划分为训练集和验证集以便于构建多层模型结构。 ```python from sklearn.model_selection import KFold, train_test_split X_train, X_val, y_train, y_val = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) kf = KFold(n_splits=5, shuffle=True, random_state=42) ``` #### 2. 基础模型定义 选择若干种不同类型的分类或者回归模型作为底层估计器。 ```python base_models = [ ('rf', RandomForestClassifier()), ('gbm', GradientBoostingClassifier()) ] ``` #### 3. 利用K折交叉验证生成元特征 通过对每一折内的子集应用上述选定好的基础模型来进行预测操作,进而获得相应的伪标签矩阵形式表示的新特征空间。 ```python meta_features = np.zeros((len(X_train), len(base_models))) for i, (name, model) in enumerate(base_models): oof_preds = cross_val_predict(model, X_train, y_train, cv=kf, method='predict_proba') meta_features[:,i] = oof_preds.argmax(axis=-1) ``` #### 4. 训练元模型 最后一步就是把之前构造出来的增强版特征送入到顶层分类器当中去进一步优化整个系统的准确性指标表现情况。 ```python meta_model = LogisticRegression() meta_model.fit(meta_features, y_train) ``` ### 应用场景 Stacking广泛应用于各类复杂的监督学习问题之中,尤其是在那些单一模型难以取得理想效果的情况下显得尤为重要。比如金融风险评估中的信用评分卡建立过程;医疗健康领域疾病诊断辅助工具开发阶段等等均可以见到它的身影出现其中发挥重要作用[^4]。
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