YYDS！用Python预测了世界杯冠军
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了YYDS！用Python预测了世界杯冠军相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
来源：机器学习AI算法工程
该项目所属数据挖掘类型：分类预测问题。
通过对2018年之前世界杯各个国家球队的表现以及比分结果进行数据分析，并结合以往各个球队在历届世界杯中的表现，通过机器学习算法建立模型，并对其进行评价以及模型优化之后，进行模拟2022年卡塔尔世界杯的冠军球队的归属。
首先从Kaggle网站上找到合适的历年世界杯的比赛结果数据集。
网址：https://www.kaggle.com/abecklas/fifa-world-cup
该数据存在诸多多余的属性：如比赛年份，比赛场地等。我们首先去掉无关的属性，只留下：主队、客队、主队进球数、客队进球数，比赛结果。其中结果集分为1为主队获胜，2为客队获胜，-1为平局。
此时，我们发现仅有主场客场比分并不能很好地分析每个队的实力，所以我们要进行数据统计，找出新的特征值来扩充数据集。
数据扩充
首先我们计算每个国家的参赛次数
合并后生成的tr_data_after.csv中内容为：主队、客队、主队参赛次数、客队参赛次数、主队胜利次数、客队胜利次数、主队进球数、客队进球数、主队胜率、客队胜率、主队场均进球、客队场均进球、比赛结果。
数据预处理
其中标准分数（z-score）是一个分数与平均数的差再除以标准差的过程。
用公式表示为：z=(x-μ)/σ。
其中x为某一具体分数，μ为平均数，σ为标准差。
预处理后的数据存放至play_score_normal.csv中：
机器学习模型
此处使用了神经网络、逻辑回归、支持向量机、决策树、随机森林算法分别进行训练。并输出其在训练集上的准确度、在测试集上的准确度以及平均绝对误差。
此时发现结果并不理想，准确度仅为六成左右。
误差原因分析：
（尝试方法一）分别输出以上机器学习算法的学习曲线：
结果图上可以看出，随着数据量的增加，三组模型虽然趋近于收敛，但是在训练集和检验集上准确度表现都很差，仅有0.58左右。这预示着存在着很高的偏差，是欠拟合的表现。
决策树学习曲线：
决策树和随机森林出现了高方差情形，也就是过拟合的情况。这都预示着我们要找到正确率低原因，并且优化我们的模型。
（尝试方法二）输出灰色关联矩阵：
统计出每个特征关联度的均值后，我们发现大部分的特征关联度都在0.738021~0.710410之间，也就是说大部分特征都与结果呈现出了相对较高的关联性。
这也意味着已有的数据源的特征关联度对之前模型的影响是有限的。
（尝试方法三）以上两种方法进一步缩小了误差原因，于是重新分析测试集与预测结果如图：
测试集：蓝色的*
预测结果：红色的o
发现在预测平局方面，算法预测结果有着较大的误差。于是我们推测由于结果集中的平局拉低了模型的准确度。
进一步查询有关资料发现，我们所使用的决策树算法，随机森林算法，还有逻辑回归，都典型二分类的算法。而此时我们的结果集有三类。
我们重新检查数据源，发现平局的情况仅有199条，而仅凭借着这些较少数据量去很好的训练数据是不合适的。于是我们开始探讨简化结果集即去掉平局结果的可行性。
在充分了解世界杯的规则后，从16强开始，就意味着告别了小组赛，开始了淘汰赛。如遇到平局，就开始加时赛以及点球大战。即比赛结果只有胜负两种结果。而数据集中的比赛结果是将点球大战排除在外的90分钟内的比赛结果。所以含有平局的情况。
模型改良
将play_score_normal.csv中所有的结果集为-1（即平局的数据去掉）
重新采用上述机器学习算法进行训练学习。
训练结果如下：
神经网络：
训练集准确度:0.570
测试集准确度:0.570
平均绝对误差: 0.5740740740740741
逻辑回归：
训练集准确度:0.554
测试集准确度:0.622
平均绝对误差: 0.5296296296296297
决策树:
训练集准确度:0.894
测试集准确度:0.407
平均绝对误差: 0.8074074074074075
随机森林:
训练集准确度:0.894
测试集准确度:0.485
平均绝对误差: 0.7111111111111111
SVM支持向量机:
训练集准确度:0.592
测试集准确度:0.530
平均绝对误差: 0.6222222222222222
由上可见，准确度有了略微的提升，但这还不是我们想要达到的准确度。于是我们继续研究，并尝试使用深度学习算法继续提升模型的准确度。
深度神经网络
于是我们使用了Sequential模型，它是多个网络层的线性堆叠，通过堆叠许多层，构建出深度神经网络。
正确率已经能够到达92%。但需要进一步的调参，找到更合适的参数，防止过拟合。
接下来我们暂时用此模型，对世界杯的结果进行模拟预测。
冠军预测
对于2022年的16强队的选择，考虑到近几年球队的数据更能反映出该球队的状态，于是我们统计了近几年（2002-2018）年共5次世界杯进入16强次数最多的队伍。
从16支队伍里面随机选中8支队伍，分为两队：
从数据集里面找到这16支队伍相对应的数据：
比赛的两支队伍的数据进行合并用作待预测数据，并使用深度学习算法进行预测：
代码+数据集在公众号Python小二后台回复世界杯获取~
以上预测结果仅为参考，原因如下：
1、数据量较少。
2、小组赛是由抽签结果确定的，而且分为了各个地区（如亚洲区、欧州区），抽签的结果无法预测，即每个队伍有特定地区的对手，且是由抽签决定的。
3、本预测结果16强队均为历史上进入16强次数最多的队伍，且比赛时为两两随机比赛，而真正进入世界杯16强队伍中会有很多“黑马”杀入，并且有很多洲际规则需要考虑。
若要真正预测结果，则需等待小组分组结果后，决出16强或32强。这样会比较然后将其球队数据代入，最终决出冠军。
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