模型评估、选择与验证——数据集切分

本文介绍如何使用sklearn库中的train_test_split和KFold方法来高效地进行数据集划分。通过实例演示了如何设置test_size、train_size等参数,并展示了如何通过stratify参数保持类别比例的一致性。同时,也介绍了KFold交叉验证方法及其shuffle参数的作用。

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train_test_split

模型原型

class sklearn.model_selection.train_test_split(arrays, *options)
参数

  • *arrays : 一个或多个数据集
  • test_size : 指定测试集的大小
    • 浮点数:测试集占原始数据集的比例
    • 整数:测试集的大小
    • None:测试集大小=原始数据集大小-训练数据集大小
  • train_size : 指定训练集的大小
    • 浮点数:训练集占原始数据集的比例
    • 整数:训练集的大小
    • None:训练集大小=原始数据集大小-测试数据集大小
  • random_state
  • shuffle
  • stratify : 采样的标记数组

返回值

  • 一个列表,依次给出一个或多个数据集划分的结果,每个数据集都划分为两部分:训练集,测试集

示例

from sklearn.model_selection import train_test_split
X=[
    [1,2,3,4],
    [11,12,13,14],
    [21,22,23,24],
    [31,32,33,34],
    [41,42,43,44],
    [51,52,53,54],
    [61,62,63,64],
    [71,72,73,74]
]
y=[1,1,0,0,1,1,0,0]
X_train,X_test,y_train,y_test=train_test_split(X,y,test_size=0.4,random_state=0)
print('X_train:%s\nX_test:%s\ny_train:%s\ny_test:%s'%(X_train,X_test,y_train,y_test))
X_train,X_test,y_train,y_test=train_test_split(X,y,test_size=0.4,random_state=0,stratify=y)
print('\nStratify:\nX_train:%s\nX_test:%s\ny_train:%s\ny_test:%s'%(X_train,X_test,y_train,y_test))

KFold

模型原型

class sklearn.model_selection.KFold(n_splits=3,shuffle=False,random_state=None)
参数

  • n_splits
  • shuffle
  • random_state

方法

  • get_n_splits([X,y,groups])
  • split(X[,y,groups])

示例

from sklearn.model_selection import KFold
import numpy as np

X=np.array([
    [1,2,3,4],
    [11,12,13,14],
    [21,22,23,24],
    [31,32,33,34],
    [41,42,43,44],
    [51,52,53,54],
    [61,62,63,64],
    [71,72,73,74],
    [81,82,83,84]
])
y=np.array([1,1,0,0,1,1,0,0,1])

folder=KFold(random_state=0,shuffle=False)
for train_index,test_index in folder.split(X,y):
    print('Train Index:%s\nTest Index:%s\nX_train:\n%s\nX_test:\n%s\n'%
        (train_index,test_index,X[train_index],X[test_index]))

shuffle_folder=KFold(random_state=0,shuffle=True)
for train_index,test_index in shuffle_folder.split(X,y):
    print('Shuffled\nTrain Index:%s\n
        Test Index:%s\nX_train:\n%s\nX_test:\n%s\n'%
        (train_index,test_index,X[train_index],X[test_index]))
### 电力负荷预测中的模型验证方法 在电力负荷预测领域,不同的数据集可能具有显著差异,这直接影响到模型的效果评估。为了有效比较不同数据集上的模型性能,通常采用多种验证方法来确保结果的可靠性和可重复性。 #### 数据预处理的重要性 在进行模型验证之前,需对数据集进行标准化和规范化处理[^1]。这是因为不同数据集中可能存在量纲不一致的情况,如果不加以调整,则可能导致某些特征被放大或忽略。常见的做法是对时间序列数据应用Z-score标准化或者Min-Max缩放技术。 #### 常见的模型验证方法 以下是几种常用的模型验证方法及其适用场景: 1. **K折交叉验证 (k-fold Cross Validation)** K折交叉验证是一种广泛使用的验证策略,在有限的数据样本下尤其有用。它通过将整个数据集划分为K个子集,并轮流选取其中一个作为测试集其余部分训练模型的方式来进行多次实验从而获得更稳健的结果估计[^2]。 2. **留出法 (Holdout Method)** 将原始数据随机分成两份——一份用于训练另一份则保留下来专门用来检验最终构建完成后的算法表现如何。这种方法简单易行但在小型数据库上可能会因为划分比例不当而引入较大偏差[^3]。 3. **时间序列分割(Time Series Splitting)** 对于像电力负荷这样带有明显趋势成分的时间序列问题来说,简单的随机抽样并不能很好地反映实际情况因此需要特别考虑按照时间顺序切分数据以便更好地模拟未来真实应用场景下的条件变化情况[^4]. 4. **滚动窗口验证(Rolling Window Validation)** 这种方式非常适合动态更新系统比如短期用电需求预报等领域因为它允许我们持续向前推进历史区间长度固定不变的同时不断加入最新观测值形成新的训练集合进而重新拟合得到改进版预测器版本[^5]. #### 性能指标的选择 除了上述提到的各种验证手段之外还需要定义清晰合理的评价标准才能科学公正地衡量各个候选方案之间的优劣关系。常用的一些度量单位包括但不限于均方误差(MSE),平均绝对百分比误差(MAPE)以及R²决定系数等等[^6]. ```python from sklearn.model_selection import TimeSeriesSplit import numpy as np X = np.array([[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]) y = np.array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]) tscv = TimeSeriesSplit(n_splits=3) for train_index, test_index in tscv.split(X): X_train, X_test = X[train_index], X[test_index] y_train, y_test = y[train_index], y[test_index] print(f"Train Index: {train_index}, Test Index: {test_index}") ```
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