预测数值型数据:回归

8.1 用线性回归找到最佳拟合直线

回归的目的是预测数值型的目标值。最直接的办法是依据输入写出一个目标值的计算公式。例如回归方程y=ax+b,其中a、b称作回归系数,求这些回归系数的过程就是回归。一旦有了这些回归系数,再给定输入,做预测就非常容易了。具体的做法是用回归系数乘以输入值,再将结果全部加在一起,就得到了预测值。

回归,一般都是指线性回归,线性回归意味着可以将输入项分别乘以一些常量,再将结果加起来得到输出。

线性回归
优点:结果易于理解,计算上不复杂。
缺点:对非线性的数据拟合不好。
适用数据类型:数值型和标称型数据。

回归的一般方法
(1) 收集数据:采用任意方法收集数据。
(2) 准备数据:回归需要数值型数据,标称型数据将被转成二值型数据。
(3) 分析数据:绘出数据的可视化二维图将有助于对数据做出理解和分析,在采用缩减法
求得新回归系数之后,可以将新拟合线绘在图上作为对比。
(4) 训练算法:找到回归系数。
(5) 测试算法:使用R2或者预测值和数据的拟合度,来分析模型的效果。
(6) 使用算法:使用回归,可以在给定输入的时候预测出一个数值,这是对分类方法的提
升,因为这样可以预测连续型数据而不仅仅是离散的类别标签。

在Python中,我们可以使用matplotlib库绘制图形,pandas处理数据,numpy进行数学运算,以及自定义线性回归模型来进行预测。这里是一个简单的例子,假设你有一个名为`abalone_data.csv`的数据集,其中包含鲍鱼年龄以及其他可能影响年龄的因素。 首先,你需要导入所需的库并加载数据: ```python import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np # 加载数据 data = pd.read_csv('abalone_data.csv') ``` 然后,你可以选择一些特征作为输入X,比如壳长、壳高和重量等,年龄作为输出Y: ```python X = data[['length', 'diameter', 'weight']] # 假设长度、直径和重量是特征 y = data['rings'] # 假设rings列是目标变量,即年龄 ``` 接着,创建一个简单的线性回归模型: ```python class LinearRegression: def __init__(self, learning_rate=0.01, n_iterations=1000): self.learning_rate = learning_rate self.n_iterations = n_iterations self.weights = np.zeros(X.shape[1]) self.bias = 0 def predict(self, X): return np.dot(X, self.weights) + self.bias def fit(self, X, y): for _ in range(self.n_iterations): y_pred = self.predict(X) dw = (1 / len(y)) * np.dot(X.T, (y - y_pred)) db = (1 / len(y)) * np.sum(y - y_pred) self.weights -= self.learning_rate * dw self.bias -= self.learning_rate * db ``` 训练模型并进行预测: ```python model = LinearRegression() model.fit(X, y) predictions = model.predict(X) ``` 为了可视化结果,你可以画出实际年龄和预测年龄之间的散点图: ```python plt.scatter(y, predictions) plt.xlabel('Actual Rings') plt.ylabel('Predicted Rings') plt.title('Age Prediction using Simple Linear Regression') plt.show() ``` 分析部分,你可以通过观察散点图和回归线的倾斜程度判断模型的效果。如果大部分点接近直线,说明模型拟合较好;若偏离较大,可能存在过拟合或欠拟合问题。
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