xgboost 自定义目标函数和评估函数

https://zhpmatrix.github.io/2017/06/29/custom-xgboost/

https://www.cnblogs.com/silence-gtx/p/5812012.html

https://blog.youkuaiyun.com/hfzd24/article/details/76903927

 

如下,自定义评估函数 maxrecall:

def maxRecall(preds,dtrain): #preds是结果(概率值),dtrain是个带label的DMatrix
    labels=dtrain.get_label() #提取label
    preds=1-preds
    precision,recall,threshold=precision_recall_curve(labels,preds,pos_label=0)
    pr=pd.DataFrame({'precision':precision,'recall':recall})
    return 'Max Recall:',pr[pr.precision>=0.97].recall.max()

参数和轮数就按一般设置,然后watchlist不能少,不然就不会输出东西了,比如watchlist=[(xgb_train,'train'), (xgb_test,'eval')]

最后就是xgb.train中的内容了,写成:

bst=xgb.train(param,xg_train,n_round,watchlist,feval=maxRecall,maximize=False)

就行了。feval就是你的metric,maximize要加上,虽然不知道具体有什么用……

 

2、如果你需要自定义损失函数的话。先写你的损失函数,比如:

def custom_loss(y_pre,D_label): #别人的自定义损失函数
    label=D_label.get_label()
    penalty=2.0
    grad=-label/y_pre+penalty*(1-label)/(1-y_pre) #梯度
    hess=label/(y_pre**2)+penalty*(1-label)/(1-y_pre)**2 #2阶导
    return grad,hess

bst=xgb.train(param,xg_train,n_round,watchlist,feval=maxRecall,obj=custom_loss,maximize=False)

只要再加上obj=custom_loss就可以了...

转载于:https://www.cnblogs.com/Allen-rg/p/9542365.html

<think>我们正在使用Darts库进行时间序列预测,并希望实现自定义损失函数。根据Darts的文档设计模式,我们可以参考以下步骤:1.**了解Darts的模型训练机制**:Darts中的大多数预测模型(尤其是基于机器学习的模型)使用`fit()`方法进行训练,该方法通常允许用户指定损失函数。然而,不同的模型自定义损失函数的支持程度不同。 2. **检查模型是否支持自定义损失函数**:-对于**基于深度学习的模型**(如`RNNModel`,`TCNModel`, `TransformerModel`等),Darts通常允许在模型初始化时通过`loss_fn`参数传入自定义损失函数。-对于**基于树的模型**(如`RandomForest`,`LightGBMModel`,`XGBModel`等),它们通常使用`scikit-learn`接口,可以通过设置模型的`objective`或`loss`参数(具体取决于模型)来使用自定义损失函数,但这可能要求损失函数符合特定的形式(例如,LightGBM需要自定义损失函数的梯度信息)。 3. **实现自定义损失函数**:-自定义损失函数应该是一个可调用的对象(如函数或类),它接受模型的预测值真实值作为输入,并返回一个标量损失值。-对于深度学习模型,损失函数通常使用PyTorch的张量操作实现,以便利用自动微分。4.**将自定义损失函数传递给模型**:-在初始化模型时,将自定义损失函数传递给相应的参数(如`loss_fn`)。5.**训练模型**:-使用`fit()`方法训练模型自定义损失函数将在训练过程中被使用。 下面我们分别针对深度学习模型给出示例。###示例1:深度学习模型(以RNNModel为例)假设我们想使用一个自定义的Huber损失函数(结合了MSEMAE的优点,对异常值不敏感)。```pythonimporttorchimport torch.nn asnnfromdarts.models importRNNModel#自定义Huber损失函数defhuber_loss(pred,target,delta=1.0):residual= torch.abs(pred -target)condition= residual< deltaloss =torch.where(condition,0.5 *residual**2,delta *(residual-0.5 *delta))returnloss.mean()#创建RNN模型,指定自定义损失函数model =RNNModel(model='LSTM',input_chunk_length=24,output_chunk_length=12,loss_fn=huber_loss,#传入自定义损失函数#其他参数...) #然后使用fit方法训练模型model.fit(train_series,val_series=val_series,verbose=True)``` ###示例2:树模型(以LightGBMModel为例)对于LightGBM,我们可以通过自定义目标函数(objective)来实现。注意,LightGBM要求自定义目标函数返回两个数组:梯度(grad)二阶梯度(hess)。```pythonfromdarts.models importLightGBMModel#自定义Huber损失函数(用于LightGBM)def huber_loss_lgb(preds, train_data):y=train_data.get_label()d= preds -yh=1.0#阈值scale=1 +(d/ h) **2scale_sqrt =np.sqrt(scale)grad =d /scale_sqrthess =1/ scale/scale_sqrtreturngrad,hess#创建LightGBMModel,并设置自定义目标函数model =LightGBMModel(lags=24,output_chunk_length=12,objective=huber_loss_lgb,#传入自定义目标函数#注意:这里需要确保huber_loss_lgb返回的是梯度二阶梯度#其他参数... )#训练模型model.fit(train_series)``` ###注意事项: 1. **深度学习模型**:自定义损失函数必须是PyTorch的损失函数形式(输入为预测值目标值,返回标量损失)。注意,预测值目标值都是PyTorch张量。 2. **树模型**:自定义目标函数需要符合LightGBM或XGBoost的要求(返回梯度二阶梯度)。这通常需要更深入的了解。3.**其他模型**:对于不支持自定义损失函数模型(例如一些统计模型),可能需要修改模型源代码或选择其他模型。 ###验证自定义损失函数在训练过程中,可以通过监控训练损失验证损失来确认自定义损失函数是否被正确使用。###引用说明Darts库提供了灵活的接口,允许用户自定义损失函数以适应不同的预测任务[^1]。对于深度学习模型自定义损失函数通过PyTorch实现;而对于树模型,则需遵循相应库(如LightGBM)的规范[^1][^2]。§§相关问题§§1.在Darts中,如何为Transformer模型实现自定义损失函数?2.如何监控评估使用自定义损失函数训练的时间序列模型? 3. Darts中哪些模型不支持自定义损失函数?</think>### Darts 时间序列预测自定义损失函数实现方法 在 Darts 库中实现自定义损失函数需要根据模型类型采用不同方法,以下是详细实现步骤: #### 1. **深度学习模型自定义损失函数** 对于基于 PyTorch 的模型(如 `RNNModel`, `TCNModel`, `TransformerModel`),可通过 `loss_fn` 参数直接指定: ```python import torch.nn as nn from darts.models import TCNModel # 自定义损失函数类(需继承 nn.Module) class CustomLoss(nn.Module): def __init__(self, alpha=0.5): super().__init__() self.alpha = alpha self.mse = nn.MSELoss() self.mae = nn.L1Loss() def forward(self, pred, target): return self.alpha * self.mse(pred, target) + (1 - self.alpha) * self.mae(pred, target) # 在模型中应用自定义损失 model = TCNModel( input_chunk_length=24, output_chunk_length=12, loss_fn=CustomLoss(alpha=0.7), # 传入自定义损失实例 # 其他参数... ) ``` #### 2. **树模型自定义损失函数** 对于 `LightGBMModel`, `XGBModel` 等树模型,需使用对应库的自定义损失接口: ```python from darts.models import LightGBMModel def custom_loss(y_true, y_pred): """自定义混合损失函数示例""" import numpy as np error = y_pred - y_true return np.mean(0.5 * error**2 + 0.5 * np.abs(error)) # 在LightGBM中应用 model = LightGBMModel( lags=12, objective=custom_loss, # 直接传入函数 # 其他参数... ) ``` #### 3. **概率模型自定义损失** 对于支持概率预测的模型(如 `NBEATSModel`),可通过 `likelihood` 参数指定分布: ```python from darts.models import NBEATSModel from darts.utils.likelihood_models import LaplaceLikelihood model = NBEATSModel( input_chunk_length=60, output_chunk_length=20, likelihood=LaplaceLikelihood(), # 自定义概率分布 # 其他参数... ) ``` #### 4. **关键注意事项** 1. **张量维度要求** 自定义损失函数必须处理 `(batch_size, output_chunk_length, n_targets)` 维度的张量 2. **梯度计算** PyTorch 损失函数需使用 `torch.autograd` 兼容操作: ```python class QuantileLoss(nn.Module): def __init__(self, quantiles=[0.1, 0.5, 0.9]): self.quantiles = quantiles def forward(self, pred, target): losses = [] for i, q in enumerate(self.quantiles): errors = target - pred[:, :, i] losses.append(torch.max((q-1)*errors, q*errors).unsqueeze(1)) return torch.mean(torch.cat(losses, dim=1)) ``` 3. **验证集监控** 训练时添加验证集以监控损失: ```python model.fit( train_series, val_series=val_series, # 必须提供验证集 val_loss_fn=CustomLoss(), # 可选不同的验证损失 verbose=True ) ``` #### 5. **完整工作流示例** ```python from darts.datasets import AirPassengersDataset from darts.models import RNNModel # 加载数据 series = AirPassengersDataset().load().astype(np.float32) train, val = series.split_after(0.8) # 定义自定义损失 class HuberLoss(nn.Module): def __init__(self, delta=1.0): self.delta = delta def forward(self, pred, target): diff = torch.abs(pred - target) return torch.mean( torch.where(diff < self.delta, 0.5 * diff**2, self.delta * (diff - 0.5 * self.delta)) ) # 创建并训练模型 model = RNNModel( model="LSTM", input_chunk_length=24, output_chunk_length=12, loss_fn=HuberLoss(delta=1.5), # 应用自定义损失 n_epochs=100 ) model.fit(train, val_series=val) # 预测 pred = model.predict(n=36) ``` ### 常见问题解决方案 1. **梯度消失问题** 在自定义损失中增加梯度裁剪: ```python torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), max_norm=1.0) ``` 2. **多输出支持** 使用 `n_targets` 参数确保输出维度匹配: ```python model = TCNModel(n_targets=3, ...) # 多变量输出 ``` 3. **与现有组件集成** 自定义损失可与 `TorchForecastingModel` 的 `train_loss` `val_loss` 历史记录无缝集成[^1][^4]。
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