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机器学习——Bagging

article 2024/9/23 12:06:41

Bagging：

方法：集成n个base learner模型，每个模型都对原始数据集进行有放回的随机采样获得随机数据集，然后并行训练。

回归问题：n个base模型进行预测，将得到的预测值取平均得到最终结果。

分类问题：n个base模型进行预测，投票选择出n个分类结果中出现次数最对的结果作为最终分类结果

代表模型：随机森林是Bagging的一个代表。它基于自助采样法从原始数据集中抽取多个样本子集，

并在每个子集上训练一个决策树，最后通过投票或平均的方式得到最终的预测结果。

随机森林在鸢尾花数据集的分类实现，代码可直接运行，数据集在文章顶部免费下载

# 导入所需的库
import pandas as pd
from matplotlib import pyplot as plt
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.metrics import accuracy_score, confusion_matrix
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
import seaborn as sns

# 加载鸢尾花数据集
data = pd.read_excel('../data/鸢尾花分类数据集/Iris花分类.xlsx')
X = data.iloc[:, :4].values  # 选取前4列作为特征
y = data.iloc[:, 4:].values.ravel()  # 选取最后1列作为标签

# 特征缩放（标准化）
scaler = StandardScaler()
X_scaled = scaler.fit_transform(X)

# 将数据集划分为训练集和测试集
# 通常我们使用80%的数据作为训练集，20%的数据作为测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_scaled, y, test_size=0.2, random_state=66)

# 创建随机森林分类器实例
# n_estimators表示森林中树的数量，可以调整以获得更好的性能
randomForest = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=42)

# 使用训练数据来拟合（训练）随机森林模型
randomForest.fit(X_train, y_train)

# 使用训练好的模型对测试集进行预测
y_pred = randomForest.predict(X_test)

# 计算预测结果的准确度
accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred)

# 打印出准确度
print("随机森林分类精度为: {:.4f}%".format(accuracy * 100))

# 获取特征重要性
feature_importances = randomForest.feature_importances_
# 获取特征名称
feature_names = data.columns[:4].tolist()
# 打印特征重要性
print("特征重要性:")
for feature, importance in zip(feature_names, feature_importances):
    print(f"{feature}: {importance:.4f}")
# 可视化特征重要性
# 创建一个DataFrame来存储特征重要程度
importances_df = pd.DataFrame({'Feature': feature_names, 'Importance': feature_importances})

# 按重要程度降序排序
importances_df = importances_df.sort_values(by='Importance', ascending=False)

# 绘制条形图
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.figure(figsize=(10, 5))
plt.bar(importances_df['Feature'], importances_df['Importance'])
plt.title('Feature Importances')
plt.ylabel('Importance')
plt.xlabel('Feature')
plt.show()

# 计算混淆矩阵
cm = confusion_matrix(y_test, y_pred)

# 绘制混淆矩阵图
plt.figure(figsize=(7, 5))
sns.heatmap(cm, annot=True, fmt=".0f", linewidths=.5, square=True, cmap='Blues')
plt.ylabel('实际标签', fontproperties='SimHei', size=14)
plt.xlabel('预测标签', fontproperties='SimHei', size=14)
plt.title('随机森林分类器混淆矩阵', fontproperties='SimHei', size=15)
plt.show()

结果为：