【人工智能】Python与Scikit-learn的模型选择与调参：用GridSearchCV和RandomizedSearchCV提升模型性能
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在机器学习建模过程中，模型的表现往往取决于参数的选择与优化。Scikit-learn提供了便捷的工具GridSearchCV和RandomizedSearchCV，帮助我们在参数空间中搜索最佳组合以提升模型表现。本文将从理论和实践两个角度出发，详解这两种方法的工作原理和使用技巧。通过大量的代码示例和中文注释，本文将逐步教读者如何设置参数网格、定义评分指标、在交叉验证的基础上进行参数搜索，并结合多种场景展示如何优化模型，从而提高机器学习模型的精度和泛化能力。
目录
- 模型选择与调参的重要性
- Scikit-learn的模型选择工具简介
- GridSearchCV的原理与使用方法
- RandomizedSearchCV的原理与使用方法
- 实战：使用GridSearchCV优化SVM分类器
- 实战：使用RandomizedSearchCV优化随机森林
- 自定义评分指标与参数调优
- GridSearchCV与RandomizedSearchCV的优缺点比较
- 结合多种模型选择与调参方法的高级应用
- 总结与展望
正文
1. 模型选择与调参的重要性
在机器学习任务中，选择合适的模型和优化模型参数是至关重要的。模型的性能不仅依赖于数据质量和特征选择，也取决于超参数的合理设置。例如，在支持向量机（SVM）中，核函数和正则化参数会直接影响模型的分类边界。若参数设置不当，即使数据质量高，也可能导致模型的准确率低或泛化能力差。
2. Scikit-learn的模型选择工具简介
Scikit-learn是Python中广泛使用的机器学习库，提供了丰富的模型选择与调参工具，其中最常用的便是GridSearchCV和RandomizedSearchCV。这两个工具通过交叉验证的方式在参数空间中寻找最佳组合，从而提升模型性能。以下是两者的基本定义：
- GridSearchCV：穷举法，遍历参数网格中的所有可能组合，适合参数数量较少的情况。
- RandomizedSearchCV：随机采样法，在参数空间中随机选择一定数量的参数组合，适合参数较多的情况。
3. GridSearchCV的原理与使用方法
GridSearchCV是一种穷举搜索方法，它会遍历预定义的参数网格中的每一个组合，并通过交叉验证计算每个组合的平均得分。对于少量参数或参数范围较小的模型，GridSearchCV是非常有效的。以下代码展示了如何使用GridSearchCV优化SVM模型。
示例代码：使用GridSearchCV优化SVM模型
from sklearn.svm import SVC
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.model_selection import GridSearchCV, train_test_split
from sklearn.metrics import accuracy_score
# 加载数据并分割训练集与测试集
data = load_iris()
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(data.data, data.target, test_size=0.2, random_state=42)
# 定义SVM模型和参数网格
svm = SVC()
param_grid = {
'C': [0.1, 1, 10],
'kernel': ['linear', 'rbf', 'poly'],
'gamma': ['scale', 'auto']
}
# 使用GridSearchCV进行网格搜索
grid_search = GridSearchCV(svm,