Главная

Машинное обучение от Octave-Matlab к Python

2016-02-02 в 9:08, admin, рубрики: coursera, machine learning, numpy, python, машинное обучение

Решил я познакомится с такой интересной для меня областью, как Machine learning. После непродолжительных поисков я обнаружил достаточно популярный курс Стэнфордского университета Machine learning. В нем рассказываются основы и дается широкое представление о machine learning, datamining, and statistical pattern recognition. Был для меня в этом курсе небольшой минус как Python программиста- домашние задания надо было выполнять на OctaveMatlab. В итоге я не пожалел, что получил представления о новом языке программирования, но как учебный пример для более тесного знакомства с соответствующими библиотеками решил переписать домашние задания на Python. То что получилось лежит на GitHub тут.
Машинное обучение от Octave-Matlab к Python - 1

if __name__ == '__main__':
    data = sio.loadmat('ex6data1.mat')
    y = data['y'].astype(np.float64)
    X = data['X']

    visualize_boundary_linear(X, y, None)

    C = 1
    model = svm_train(X, y, C, linear_kernel, 0.001, 20)
    visualize_boundary_linear(X, y, model)

    C = 100
    model = svm_train(X, y, C, linear_kernel, 0.001, 20)
    visualize_boundary_linear(X, y, model)

    x1 = np.array([1, 2, 1], dtype=np.float64)
    x2 = np.array([0, 4, -1], dtype=np.float64)
    sigma = 2.0
    sim = gaussian_kernel(x1, x2, sigma);

    print('Gaussian Kernel between x1 = [1; 2; 1], x2 = [0; 4; -1], sigma = 0.5 : (this value should be about 0.324652)')
    print('Actual = {}'.format(sim))

    data = sio.loadmat('ex6data2.mat')
    y = data['y'].astype(np.float64)
    X = data['X']

    visualize_data(X, y).show()

    C = 1.0
    sigma = 0.1

    partialGaussianKernel = partial(gaussian_kernel, sigma=sigma)
    partialGaussianKernel.__name__ = gaussian_kernel.__name__
    model= svm_train(X, y, C, partialGaussianKernel)
    visualize_boundary(X, y, model)

    data = sio.loadmat('ex6data3.mat')
    y = data['y'].astype(np.float64)
    X = data['X']
    Xval = data['Xval']
    yval = data['yval'].astype(np.float64)

    visualize_data(X, y).show()

    best_C = 0
    best_sigma = 0
    best_error = len(yval)
    best_model = None

    for C in [0.01, 0.03, 0.1, 0.3, 1, 3, 10, 30]:
        for sigma in [0.01, 0.03, 0.1, 0.3, 1, 3, 10, 30]:
            partialGaussianKernel = partial(gaussian_kernel, sigma=sigma)
            partialGaussianKernel.__name__ = gaussian_kernel.__name__

            model= svm_train(X, y, C, partialGaussianKernel)
            ypred = svm_predict(model, Xval)
            error = np.mean(ypred != yval.ravel())
            if error < best_error:
                best_error = error
                best_C = C
                best_sigma = sigma
                best_model = model

    visualize_boundary(X, y, best_model)

Но так как Python есть своя популярная библиотека для этих целей scikit-learn, я попытался переписать некоторые задания с использованием этой возможности(соответствующие файлы с суффиксом sklearn). Как и требовалось ожидать код с библиотекой работает быстрые и выглядит компактнее и понятнее(с моей точки зрения).

if __name__ == '__main__':
    data = sio.loadmat('ex6data1.mat')
    y = data['y'].astype(np.float64).ravel()
    X = data['X']
    visualize_boundary(X, y, None)

    C = 1
    lsvc = LinearSVC(C=C, tol=0.001)
    lsvc.fit(X, y)
    svc = SVC(C=C, tol=0.001, kernel='linear')
    svc.fit(X, y)
    visualize_boundary(X, y, {'SVM(linear kernel) C = {}'.format(C): svc,
                              'LinearSVC C = {}'.format(C): lsvc})

    C = 100
    lsvc = LinearSVC(C=C, tol=0.001)
    lsvc.fit(X, y)
    svc = SVC(C=C, tol=0.001, kernel='linear')
    svc.fit(X, y)
    visualize_boundary(X, y, {'SVM(linear kernel) C = {}'.format(C): svc,
                              'LinearSVC C = {}'.format(C): lsvc})

    data = sio.loadmat('ex6data2.mat')
    y = data['y'].astype(np.float64).ravel()
    X = data['X']

    visualize_boundary(X, y)

    C = 1.0
    sigma = 0.1
    gamma = sigma_to_gamma(sigma)
    svc = SVC(C=C, tol=0.001, kernel='rbf', gamma=gamma)
    svc.fit(X, y)
    visualize_boundary(X, y, {'SVM(rbf kernel) C = {}'.format(C): svc})

    data = sio.loadmat('ex6data3.mat')
    y = data['y'].astype(np.float64).ravel()
    X = data['X']
    Xval = data['Xval']
    yval = data['yval'].astype(np.float64).ravel()
    visualize_boundary(X, y)

    C_coefs = [0.01, 0.03, 0.1, 0.3, 1, 3, 10, 30]
    sigma_coefs = [0.01, 0.03, 0.1, 0.3, 1, 3, 10, 30]

    svcs = (SVC(C=C, gamma=sigma_to_gamma(sigma), tol=0.001, kernel='rbf') for C in C_coefs for sigma in sigma_coefs)
    best_model = max(svcs, key=lambda svc: svc.fit(X, y).score(Xval, yval))
    visualize_boundary(X, y, {'Best model(C={}, gamma={})'.format(best_model.C, best_model.gamma): best_model})

    #Let's do the similar thing but using sklearn feature
    X_all = np.vstack((X, Xval))
    y_all = np.concatenate((y, yval))

    parameters = {'C':C_coefs, 'gamma': map(sigma_to_gamma, sigma_coefs)}
    svr = SVC(tol=0.001, kernel='rbf')
    clf = GridSearchCV(svr, parameters, cv=2)
    clf.fit(X_all, y_all)
    visualize_boundary(X, y, {'Best model(C={}, gamma={})'.format(clf.best_params_['C'], clf.best_params_['gamma']): clf})

Машинное обучение от Octave-Matlab к Python - 2