S20L03 – Python下的逻辑回归

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在Python中实现逻辑回归:全面指南

利用Python的Scikit-Learn库释放逻辑回归的威力。学习如何预处理数据、处理缺失值、执行特征选择以及构建高效的分类模型。通过这个循序渐进的教程提升您的机器学习技能。

Logistic Regression

逻辑回归简介

逻辑回归是机器学习中的基础算法,主要用于二元分类任务。与预测连续结果的线性回归不同,逻辑回归基于一个或多个预测变量估计二元结果的概率。

在本全面指南中,我们将介绍如何使用Scikit-Learn在Python中实现逻辑回归模型。我们将涵盖数据预处理、处理缺失值、编码分类变量、特征选择、缩放以及模型评估。此外,我们还将比较逻辑回归与K-最近邻(KNN)分类器的性能。

目录

  1. 理解逻辑回归
  2. 设置环境
  3. 数据探索与预处理
  4. 处理缺失数据
  5. 编码分类变量
  6. 特征选择
  7. 特征缩放
  8. 训练模型
  9. 评估模型性能
  10. 超参数调优
  11. 结论

理解逻辑回归

逻辑回归是一种用于分类任务的线性模型。它预测给定输入属于特定类的概率。输出通过逻辑函数(Sigmoid函数)转换,确保输出值位于0和1之间。

关键特性:

  • 二元分类:适用于目标变量具有两个类别的情形。
  • 概率估计:提供类别成员身份的概率。
  • 线性决策边界:假设输入特征与结果的对数几率之间存在线性关系。

设置环境

在开始编码之前,请确保已安装必要的库。我们将使用Pandas进行数据操作,NumPy进行数值运算,Scikit-Learn进行机器学习算法,以及Seaborn进行数据可视化。

数据探索与预处理

在本教程中,我们将使用澳大利亚天气数据集。该数据集包含了各个澳大利亚城市的天气观测记录。

加载数据

让我们查看最后几行以了解数据结构:

示例输出:

Date Location MinTemp MaxTemp Rainfall Evaporation ... RainToday RISK_MM RainTomorrow
2017-06-20 Uluru 3.5 21.8 0.0 NaN ... No 0.0 No
2017-06-21 Uluru 2.8 23.4 0.0 NaN ... No 0.0 No
2017-06-22 Uluru 3.6 25.3 0.0 NaN ... No 0.0 No
2017-06-23 Uluru 5.4 26.9 0.0 NaN ... No 0.0 No
2017-06-24 Uluru 7.8 27.0 0.0 NaN ... No 0.0 No

分离特征和目标变量

处理特定数据集需求:

如果您只使用澳大利亚天气数据集,可能需要删除特定列:

处理缺失数据

现实世界的数据集通常包含缺失值。正确处理缺失值对于确保模型准确性至关重要。

处理数值数据

我们将使用Scikit-Learn的SimpleImputer将缺失的数值值替换为每列的均值。

处理分类数据

对于分类变量,我们将用最频繁的类别替换缺失值。

编码分类变量

机器学习模型需要数值输入。我们将根据唯一类别的数量使用独热编码和标签编码转换分类变量。

独热编码

适用于具有少量唯一类别的分类变量。

标签编码

适用于二元分类变量。

对X进行编码选择

对于具有超过两个类别(并超过某个阈值)的分类变量,我们将使用标签编码。否则,我们将应用独热编码。

特征选择

为了提高模型性能并减少过拟合,我们将使用卡方检验选择前几个特征。

输出:

特征缩放

缩放确保所有特征对模型性能的贡献相同。

标准化

将数据转换为均值为零,标准差为一。

训练模型

我们将比较两种分类模型:K-最近邻(KNN)和逻辑回归。

训练-测试拆分

将数据拆分为训练集和测试集,确保我们能够有效地评估模型性能。

输出:

K-最近邻(KNN)

KNN是一种简单的基于实例的学习算法,用于分类和回归。

输出:

逻辑回归

逻辑回归是一种强大的二元分类算法,估计二元结果的概率。

输出:

评估模型性能

KNN和逻辑回归在数据集上都提供了相当的准确性,但在这种情况下,逻辑回归的表现优于KNN。

模型 准确率
K-最近邻 80.03%
逻辑回归 82.97%

超参数调优

优化超参数可以进一步提高模型性能。对于逻辑回归,参数如C(正则化强度的倒数)和solver可以进行调优。同样,KNN的n_neighbors也可以变化。

示例:使用GridSearchCV进行逻辑回归

输出:

实现最佳参数:

输出:

结论

在本指南中,我们成功地在Python中实现了逻辑回归模型,展示了从数据预处理到模型评估的整个机器学习流程。通过处理缺失数据、编码分类变量、选择相关特征和缩放,我们优化了数据集以实现卓越的模型性能。此外,将逻辑回归与KNN进行比较,突显了各算法的优势,在这种情境下,逻辑回归表现稍优。

关键要点:

  • 数据预处理:对于实现高模型准确性至关重要。
  • 特征选择:有助于减少过拟合并提高性能。
  • 模型比较:始终比较多种模型以识别最佳表现者。
  • 超参数调优:优化模型性能的关键步骤。

掌握这些技术,构建适合您特定数据集和需求的强大且高效的分类模型。


关键词:逻辑回归, Python, Scikit-Learn, 机器学习, 数据预处理, 分类模型, K-最近邻, 特征选择, 超参数调优, 数据科学教程

Meta Description:学习如何使用Scikit-Learn在Python中实现逻辑回归。本全面指南涵盖数据预处理、处理缺失值、特征选择和模型评估,并比较逻辑回归与KNN以实现最佳性能。

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