机器学习 实验一 感知器及其运用
机器学习 实验一 感知器及其运用
| 博客班级 | 机器学习实验-计算机18级 |
|---|---|
| 作业要求 | 作业要求 |
| 作业目标 | 理解感知器算法原理，能实现感知器算法；掌握机器学习算法的度量指标 |
| 学号 | 3180701315 |
| 【实验目的】 | |
| 理解感知器算法原理，能实现感知器算法； |
掌握机器学习算法的度量指标；
掌握最小二乘法进行参数估计基本原理；
针对特定应用场景及数据，能构建感知器模型并进行预测。
【实验内容】
安装Pycharm，注册学生版。
安装常见的机器学习库，如Scipy、Numpy、Pandas、Matplotlib，sklearn等。
编程实现感知器算法。
熟悉iris数据集，并能使用感知器算法对该数据集构建模型并应用。
【实验报告要求】
按实验内容撰写实验过程；
报告中涉及到的代码，每一行需要有详细的注释；
按自己的理解重新组织，禁止粘贴复制实验内容！
【代码解读及运行结果】
导入包
import pandas as pd
import numpy as np
from sklearn.datasets import load_iris
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline
下载数据
iris = load_iris()
df = pd.DataFrame(iris.data, columns=iris.feature_names)#生成表格
df['label'] = iris.target
统计鸢尾花的种类与个数
df.columns = ['sepal length', 'sepal width', 'petal length', 'petal width', 'label']
df.label.value_counts()
value_counts() 函数可以对df里面label每个值进行计数并且排序，默认是降序
结果：
画数据的散点图
plt.scatter(df[:50]['sepal length'], df[:50]['sepal width'], label='0') # 将数据的前50个数据绘制散点图
plt.scatter(df[50:100]['sepal length'], df[50:100]['sepal width'], label='1') # 将数据的50-100之间的数据绘制成散点图
plt.xlabel('sepal length') # 给x坐标命名
plt.ylabel('sepal width') # 给y坐标命名
plt.legend()
结果：
对数据进行预处理
data = np.array(df.iloc[:100, [0, 1, -1]]) # iloc函数：通过行号来取行数据,读取数据前100行的第0,1列和最后一列
X, y = data[:,:-1], data[:,-1] # X为data数据中除去最后一列的数据，y为data数据的最后一列(y中有两类0和1)
y = np.array([1 if i == 1 else -1 for i in y]) # 将y中的两类（0和1）改为（-1和1）两类
定义算法
此处为一元一次线性方程
class Model:
def __init__(self):
self.w = np.ones(len(data[0])-1, dtype=np.float32) # 初始w的值
self.b = 0 # 初始b的值为0
self.l_rate = 0.1 # 步长为0.1
# self.data = data
def sign(self, x, w, b):
y = np.dot(x, w) + b # 进行矩阵的乘法运算
return y
# 随机梯度下降
def fit(self, X_train, y_train):
is_wrong = False # 初始假设有误分点
while not is_wrong:
wrong_count = 0 # 误分点个数初始为0
for d in range(len(X_train)):
X = X_train[d] # 取X_train一组及一行数据
y = y_train[d] # 取y_train一组及一行数据
if y * self.sign(X, self.w, self.b) <= 0: # 为误分点
self.w = self.w + self.l_rate*np.dot(y, X) # 对w和b进行更新
self.b = self.b + self.l_rate*y
wrong_count += 1 # 误分点个数加1
if wrong_count == 0: # 误分点个数为0，算法结束
is_wrong = True
return 'Perceptron Model!'
def score(self):
pass
运行感知机算法
perceptron = Model()# 生成一个算法对象
perceptron.fit(X, y) # 将测试数据代入算法中
结果：
绘制超平面
x_points = np.linspace(4, 7,10) # 用于产生4,7之间的10点行矢量
y_ = -(perceptron.w[0]*x_points + perceptron.b)/perceptron.w[1] # 绘制超平面
plt.plot(x_points, y_)
plt.plot(data[:50, 0], data[:50, 1], 'bo', color='blue', label='0') # 将数据的前50个数据绘制散点图
plt.plot(data[50:100, 0], data[50:100, 1], 'bo', color='orange', label='1') # 将数据的50-100之间的数据绘制成散点图
plt.xlabel('sepal length')
plt.ylabel('sepal width')
plt.legend()
结果：
生成sklearn结果与上面手写函数的结果对比
from sklearn.linear_model import Perceptron # 导入感知机模型
clf = Perceptron(fit_intercept=False, max_iter=1000, shuffle=False)
clf.fit(X, y)
结果：
print(clf.coef_) # 权值w参数
print(clf.intercept_) # 偏置b参数
结果：
绘制sklearn结果的散点图
x_ponits = np.arange(4, 8) # x,为4,5,6,7，默认步长为1，起始为4，终止为8，不取8
y_ = -(clf.coef_[0][0]*x_ponits + clf.intercept_)/clf.coef_[0][1] # 绘制超平面
plt.plot(x_ponits, y_)
plt.plot(data[:50, 0], data[:50, 1], 'bo', color='blue', label='0') # 将数据的前50个数据绘制散点图
plt.plot(data[50:100, 0], data[50:100, 1], 'bo', color='orange', label='1') # 将数据的50-100之间的数据绘制成散点图
plt.xlabel('sepal length')
plt.ylabel('sepal width')
plt.legend()
结果：
【实验小结】
感知机是线性分类的二分类模型，输入为实例的特征向量，输出为实例的类别，分别用 1 和 -1 表示。感知机将输入空间(特征空间)中的实例划分为正负两类分离的超平面，旨在求出将训练集进行线性划分的超平面，为此，导入基于误分类的损失函数，利用梯度下降法对损失函数进行极小化，求得最优解。
