sklearn 笔记 SVM

Posted 2022-11-26 UQI-LIUWJ

1 分类任务

1.1 SVC

• 拟合时间至少是样本数量的二次方关系
• ——》大数据集，可以考虑LinearSVC

1.1.1 基本使用方法

sklearn.svm.SVC(
    C=1.0, 
    kernel='rbf', 
    degree=3, 
    gamma='scale', 
    coef0=0.0, 
    shrinking=True, 
    probability=False, 
    tol=0.001, 
    cache_size=200, 
    class_weight=None, 
    verbose=False, 
    max_iter=-1, 
    decision_function_shape='ovr', 
    break_ties=False, 
    random_state=None)

1.1.2 主要参数说明

C	L2正则化参数
kernel	‘linear’, ‘poly’, ‘rbf’, ‘sigmoid’, ‘precomputed’ or callable 算法中使用的kernel
degree	如果kernel是poly的时候，多项式的级数
gamma	kernel是rbf、poly、sigmoid时的γ
coef0	kernel时poly和sigmoid时的r
probability	是否启用概率估计。 这必须在调用 fit 之前启用，这会减慢该方法，因为它在内部使用 5 折交叉验证，并且 predict_proba 可能与 predict 不一致。
decision_function_shape	‘ovo’, ‘ovr’ 如果是多类分类的话，ovo是两两比较 one vs one；ovr是一个和其他的比较 one vs rest
class_weight	每个类设置不同的惩罚参数

1.1.3 举例

import numpy as np
from sklearn.svm import SVC


X = np.array([[-3, -7], [-2, -10], [1, 1], [2, 5]])
y = np.array([1, 1, 2, 2])
#数据部分


clf=SVC(kernel='linear')
clf.fit(X, y)
#fit数据

clf.predict([[-0.8, -1]])
#array([2])


x=np.linspace(-3,2,50)
a,b=clf.coef_[0]
w=clf.intercept_
y=(-a*x-w)/b

import matplotlib.pyplot as plt
plt.scatter(X[:,0],X[:,1],c=Y)
plt.plot(x,y)

1.1.4 类属性

classes_	类的label
class_weight	各个类的penalty C的数值
coef_	如果kernel是“linear'，返回w
fit_status_	是否正确fit，0正确1不正确
intercept_	截距
n_features_in_	输入的feature 维度
support_	输入X中，是支持向量的那些向量的坐标
support_vectors_	支持向量
n_support_	每个类中支持向量的个数

1.1.5 类函数

fit(X,Y)
get_params
predict(X)
score(X,Y)	给定数据集和label的平均准确度
decision_function(X)	X中的样本在不同分类器上的评估结果 X的四个样本在分类器上得到的结果，前两个小于等于-1，所以分到一类；后两个大于等于1，所以分到另一类

1.2 NuSVC

大体上和SVC类似，这里多了一个参数来控制支持向量的数量

1.2.1 主要参数说明

除了第一个nu和SVC一样

nu	支持向量比例的下限
kernel	‘linear’, ‘poly’, ‘rbf’, ‘sigmoid’, ‘precomputed’ or callable 算法中使用的kernel
degree	如果kernel是poly的时候，多项式的级数
gamma	kernel是rbf、poly、sigmoid时的γ
coef0	kernel时poly和sigmoid时的r
probability	是否启用概率估计。 这必须在调用 fit 之前启用，这会减慢该方法，因为它在内部使用 5 折交叉验证，并且 predict_proba 可能与 predict 不一致。
decision_function_shape	‘ovo’, ‘ovr’ 如果是多类分类的话，ovo是两两比较 one vs one；ovr是一个和其他的比较 one vs rest
class_weight	每个类设置不同的惩罚参数

1.2.2 举例

import numpy as np
from sklearn.svm import NuSVC


X = np.array([[-3, -7], [-2, -10], [1, 1], [2, 5]])
y = np.array([1, 1, 2, 2])
#数据部分


clf=NuSVC(kernel='linear')
clf.fit(X, y)
#fit数据

print(clf.predict([[-0.8, -1]]))
#array([2])


x=np.linspace(-3,2,50)
a,b=clf.coef_[0]
w=clf.intercept_
y=(-a*x-w)/b

import matplotlib.pyplot as plt
plt.scatter(X[:,0],X[:,1],c=Y)
plt.plot(x,y)

1.2.3 类属性

和SVC一样

classes_	类的label
class_weight	各个类的penalty C的数值
coef_	如果kernel是“linear'，返回w
fit_status_	是否正确fit，0正确1不正确
intercept_	截距
n_features_in_	输入的feature 维度
support_	输入X中，是支持向量的那些向量的坐标
support_vectors_	支持向量
n_support_	每个类中支持向量的个数

1.2.4 类函数

和SVC一样

fit(X,Y)
get_params
predict(X)
score(X,Y)	给定数据集和label的平均准确度
decision_function(X)	X中的样本在不同分类器上的评估结果 X的四个样本在分类器上得到的结果，前两个小于等于-1，所以分到一类；后两个大于等于1，所以分到另一类

1.3 多类分类 

•  SVC 和 NuSVC 实现了多类分类的“ovo”方法（一对一，one vs one）。
  • 总共构建了 n_classes * (n_classes - 1) / 2 个分类器，每个分类器训练来自两个类的数据。
• 同时，通过设置decision_function_shape 选项，可以将ovo的分类结果转换成ovr（一对其他，one vs rest）的分类结果。

X = [[0], [1], [2], [3]]
Y = [0, 1, 2, 3]
clf = SVC(decision_function_shape='ovo')
clf.fit(X, Y)
clf.decision_function([[1]]).shape
# (1, 6)
#[1]在六个分类器上的结果，两两比较，一共6=4*(4-1)/2



clf = SVC(decision_function_shape='ovr')
clf.fit(X, Y)
clf.decision_function([[1]]).shape
# (1, 4)
# #[1]在四个分类器上的结果，每个类和其他

1.4 各类不平衡问题

如果各个类数量不均，那该如何是好呢

• SVC中提供了class_weight，作为fit的一个参数
• 这是一个class_label:value形式的字典，其中每个value都是大于0的浮点数 
• value是这个类的L2正则项系数

• sample_weight参数会将第i个样例的penalty设置成C*sample_weight[i]

2  Regression

• 支持向量分类的方法可以扩展到解决回归问题。这种方法称为支持向量回归。
• SVR和NuSVR类比SVC和NuSVC

2.1 SVR

2.1.1 主要参数

kernel	‘linear’, ‘poly’, ‘rbf’, ‘sigmoid’, ‘precomputed’ or callable 算法中使用的kernel
degree	如果kernel是poly的时候，多项式的级数
gamma	kernel是rbf、poly、sigmoid时的γ
coef0	kernel时poly和sigmoid时的r
probability	是否启用概率估计。 这必须在调用 fit 之前启用，这会减慢该方法，因为它在内部使用 5 折交叉验证，并且 predict_proba 可能与 predict 不一致。
decision_function_shape	‘ovo’, ‘ovr’ 如果是多类分类的话，ovo是两两比较 one vs one；ovr是一个和其他的比较 one vs rest
class_weight	每个类设置不同的惩罚参数

2.1.2 举例

from sklearn.svm import SVR
from sklearn.pipeline import make_pipeline
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
import numpy as np
n_samples, n_features = 10, 5

y = rng.randn(n_samples)
X = rng.randn(n_samples, n_features)


regr = make_pipeline(StandardScaler(), SVR(C=1.0, epsilon=0.2))
regr.fit(X, y)

2.1.3 类属性

和SVC一样

classes_	类的label
class_weight	各个类的penalty C的数值
coef_	如果kernel是“linear'，返回w
fit_status_	是否正确fit，0正确1不正确
intercept_	截距
n_features_in_	输入的feature 维度
support_	输入X中，是支持向量的那些向量的坐标
support_vectors_	支持向量
n_support_	每个类中支持向量的个数

2.1.4 类函数

和SVC一样

fit(X,Y)
get_params
predict(X)
score(X,Y)	给定数据集和label的平均准确度
decision_function(X)	X中的样本在不同分类器上的评估结果 X的四个样本在分类器上得到的结果，前两个小于等于-1，所以分到一类；后两个大于等于1，所以分到另一类

 

3 各种kernel

linear
polynomial
rrbf
sigmoid

 

3.1 自实现kernel

import numpy as np
from sklearn import svm
def my_kernel(X, Y):
    return np.dot(X, Y.T)

clf = svm.SVC(kernel=my_kernel)

4 其他TIps

 

4.1 设置C

• C 默认为 1，这是一个合理的默认选择。
  • 如果有很多noise，你应该减少它
  • 减少 C 对应于更多的正则化。
  • LinearSVC和LinearSVR在C变大时对C的敏感性降低，达到一定阈值后预测结果停止改善。 同时，较大的 C 值将需要更多的时间来训练，有时甚至要长 10 倍

4.2 对数据尺度进行调整

• SVM算法不是尺度不变的，因此强烈建议对数据进行scale操作。
  • 例如，将输入向量 X 上的每个属性缩放为 [0,1] 或 [-1,+1]，或将其标准化为均值 0 和方差 1。
  • 注意，必须将相同的缩放比例应用于测试向量以 获得有意义的结果。
  • 这可以通过使用pipeline轻松完成：

from sklearn.pipeline import make_pipeline
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.svm import SVC

clf = make_pipeline(StandardScaler(), SVC())