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2018-11-02

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Edited on 2019-03-14

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为了防止模型过拟合训练数据，需要从数据集划分一部分数据到测试集，在独立的测试集上评估性能（泛化能力）。

scikit-learn 提供了多种评估方法，包括：

• 学习器的 score 方法返回默认的评估指标。
• 使用交叉验证的模型评估工具内部使用了相应的评分策略
• metrics 模块实现了用于各种不同目的的性能评估指标。

import numpy as np
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn import datasets
from sklearn import svm

# load the iris data set 
iris = datasets.load_iris()
print iris.data.shape, iris.target.shape

# split into training and test sets
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(
    iris.data, iris.target, test_size=0.4, random_state=0)
print X_train.shape, y_train.shape
print X_test.shape, y_test.shape

# evaluation classifier
clf = svm.SVC(kernel='linear', C=1).fit(X_train, y_train)
print clf.score(X_test, y_test) 
pred = clf.predict(X_test)
print(metrics.classification_report(y_test, pred))
print(metrics.confusion_matrix(y_test, pred))

交叉验证 (Cross Validation)

在评估不同的模型参数(超参数)的效果时，直接使用测试集将有可能存在过拟合测试集的风险（多次人为调整模型参数再用测试集验证择优，相当于让模型某种程度学习了测试集），此时在测试集上评估泛化性能就不再准确。

我们可以选择将数据集划分为训练集、验证集、测试集，在验证集上调试模型参数，但这样每个集合的样本量就会减少，在总的样本数较少时，就不太合适。

K 折交叉验证 (k-fold CV)

K 折交叉验证将数据集划分为 k 个子集，从中挑选一个作为测试集，剩下所有的作为训练集。
每次评估性能时挑选不同的子集作为测试集。这样就可以更充分地利用数据，解决数据样本较少时数据集划分的问题。

import numpy as np
from sklearn.model_selection import KFold

# Example of 2-fold cross-validation on a dataset with 4 samples
X = np.array([[0., 0.], [1., 1.], [-1., -1.], [2., 2.]])
y = np.array([0, 1, 0, 1])
kf = KFold(n_splits=2)
for train_indices, test_indices in kf.split(X):
    print("%s %s" % (train_indices, test_indices))
    X_train, X_test, y_train, y_test = X[train_indices], X[test_indices], y[train_indices], y[test_indices]

++注意：如果数据存在某种顺序，在划分数据集时应该先进行洗牌 (shuffling, 打乱数据顺序)++。

超参数调试

超参数是那些无法通过模型直接学得的参数，在 scikit-learn 中这些参数通常是在构造学习器的时候指定，超参数的选择对模型的性能往往有关键的影响，我们可以结合交叉验证在超参数空间中搜索得到合适的超参数。

GridSearchCV

GridSearchCV 用于遍历多种参数组合，通过交叉验证确定具有最佳效果的参数。

from sklearn import svm, datasets
from sklearn.model_selection import GridSearchCV

iris = datasets.load_iris()

# Dictionary with parameters names (string) as keys 
# and lists of parameter settings to try as values.
# This enables searching over any sequence of parameter settings.
parameters = {'kernel':('linear', 'rbf'), 'C':[1, 10]}

# Run fit with all sets of parameters, 
# and retained the best combination.
svc = svm.SVC()
clf = GridSearchCV(svc, parameters)
clf.fit(iris.data, iris.target)

print clf.best_params_

http://scikit-learn.org/stable/model_selection.html

http://scikit-learn.org/stable/modules/model_evaluation.html

http://scikit-learn.org/stable/modules/cross_validation.html

http://scikit-learn.org/stable/modules/cross_validation.html#k-fold

http://scikit-learn.org/stable/modules/grid_search.html#grid-search

http://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.model_selection.GridSearchCV.html

• Post author: WeiJun
• Post link: https://airgiser.github.io/2018/11/02/scikit-learn-model-eval/
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