python机器学习补充3:learning_curve(绘制学习曲线)

学习曲线:一种用来判断训练模型的一种方法,通过观察绘制出来的学习曲线图,我们可以比较直观的了解到我们的模型处于一个什么样的状态,如:过拟合(overfitting)或欠拟合(underfitting)


要看深刻了解上面的图形意义,你需要了解偏差(bias)、方差(variance)对于训练模型的意义,可以参考这里https://blog.csdn.net/qq_36523839/article/details/82490802,当你了解后,我们来看看上面的图形代表的意义:(横坐标表示训练样本的数量,纵坐标表示准确率)

1:观察左上图,训练集准确率与验证集准确率收敛,但是两者收敛后的准确率远小于我们的期望准确率(上面那条红线),所以由图可得该模型属于欠拟合(underfitting)问题。由于欠拟合,所以我们需要增加模型的复杂度,比如,增加特征、增加树的深度、减小正则项等等,此时再增加数据量是不起作用的。

    2:观察右上图,训练集准确率高于期望值,验证集则低于期望值,两者之间有很大的间距,误差很大,对于新的数据集模型适应性较差,所以由图可得该模型属于过拟合(overfitting)问题。由于过拟合,所以我们降低模型的复杂度,比如减小树的深度、增大分裂节点样本数、增大样本数、减少特征数等等。

    3:一个比较理想的学习曲线图应当是:低偏差、低方差,即收敛且误差小。

在深刻了解到了学习曲线图的意义后,可以着手挥着该图了。

如何绘制学习曲线:

以下为sklearn官方文档的解释,这里仅做必要的解释:

通过使用sklearn提供的绘制模板,我们也可以根据数据的情况来改变绘制的条件。官方提供的两个样例分别是GaussianNB、SVC两个模型对于load_digits数据集进行拟合后绘制的学习曲线图。


plot_learning_curve函数官方放提供的模板函数,可以无需修改,初学时我们仅需要知道传入的参数意义即可。

先说说函数里面的一个东西,也是画曲线的核心sklearn.model_selection的learning_curve,该学习曲线函数返回的是train_sizes,train_scores,test_scores:

    在画训练集的曲线时:横轴为 train_sizes,纵轴为 train_scores_mean;

    画测试集的曲线时:横轴为train_sizes,纵轴为test_scores_mean。

title:图像的名字。

cv:默认cv=None,如果需要传入则如下:

    cv : int, 交叉验证生成器或可迭代的可选项,确定交叉验证拆分策略。

         cv的可能输入是:

           - 无,使用默认的3倍交叉验证,

           - 整数,指定折叠数。

           - 要用作交叉验证生成器的对象。

           - 可迭代的yielding训练/测试分裂。

ShuffleSplit:我们这里设置cv,交叉验证使用ShuffleSplit方法,一共取得100组训练集与测试集,每次的测试集为20%,它返回的是每组训练集与测试集的下标索引,由此可以知道哪些是train,那些是test。

ylim:tuple, shape (ymin, ymax), 可选的。定义绘制的最小和最大y值,这里是(0.7,1.01)。

n_jobs : 整数,可选并行运行的作业数(默认值为1)。windows开多线程需要在"__name__"==__main__中运行。

好了,以上为查阅资料以及文档对于上面参数的解释,下面看看运行的结果:

如上图,左边(朴素贝叶斯分类器)收敛但准虽然确度为0.85左右,属于欠拟合;右边(rbf核的SVM)训练分数一直都在一个很高的地方,可能属于一个过拟合问题,这时可以通过更多的训练样本来验证这个分数。
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