Sklearn线性模型概述

Posted 2020-11-28 x739400043

在各类比赛中经常出现预测回归问题，一般使用scikit-learn的模型，本文就对这些类库的使用做一个总结，总结时注重自己做比赛中的使用经验。

1. Ordinary Least Squares（最小二乘法）

最简单的线性模型，损失函数是平方差损失，常用梯度下降法求解参数。
使用要点：这个模型不像其他模型都配有CV交叉验证，所以需要我们自己选择是算法自己默认参数还是Grid寻找最优参数。
使用场景：模型容易受到异常点影响，性能无法保证，适合当做最基础的线性模型。

2. Ridge regression and classification（岭回归）

在最小二乘法的基础加入L2正则化，使大量参数权重变小。
使用要点：惩罚系数alpha默认是1，需要自己调节alpha参数；可以做分类问题，分类时只有正类和负类，输出的是概率，类似Logistic算法
使用场景：如果普通的线性函数效果不好的话，可以试试这个函数。Ridge函数可以特征之间存在相关性时保持稳定性和可靠性。但是因为需要自己指定参数，所以通常换成RidgeCV函数。关于稳定性和可靠性的分析在博客中有详细的解释。

3. Lasso（拉索算法）

在最小二乘法的基础上加入L1正则化，使大量参数为0，使用坐标下降法迭代求解参数。
使用要点：惩罚系数alpha和Ridge默认系数一样，需要自己调节参数；没有提供分类问题的解决方案。
使用场景：因为会使大量的特征失去作用，所以很少在比赛和科研中使用。同时网上也说可以做特征选择，但是通常会使留下的特征数量太少，所以也很少作为特征选择算法。

4. Multi-task Lasso（多任务学习拉索算法）

输入标签的形式是(n_samples,target), 使用同一批数据联合训练多个Lasso回归器。和Lasso唯一的区别是输入y不同。
基本没有用到过，在网上也没有查到资料。

5. Elastic-Net（弹性神经网络）

函数形式：[min _{w} frac{1}{2 n_{ ext {samples }}}|X w-y|_{2}^{2}+alpha ho|w|_{1}+frac{alpha(1- ho)}{2}|w|_{2}^{2}]
在线性函数中同时加入L1正则化和L2正则化，用参数alpha调节，如果alpha=1表示Lasso算法，如果alpha=0，表示Ridge算法。继承了Ridge在循环下的稳定性
使用要点：需要自己调节参数，可以用Elastic_CV函数自动搜索最优参数。
使用场景：在比赛过程中，相比Lasso和Ridge过多和过少的参数，Elastic算法往往能取得良好的效果。

6. Multi-task Elastic-Net（多任务的弹性神经网络）

MultiTaskElasticNet类和MultiTaskLasso类的模型是相同的。区别在于损失函数不同。具体没有使用过。

7. Least Angle Regression（角回归算法）

前向选择回归是按照投影和残差的方向走，前向梯度回归是按照最接近的变量方向走，最小角回归是按照新特征和原来特征的角平分线方向走，保留前向梯度的精确行，优化前行梯度一步一步迭代的过程。简介博客, 公式推导博客
使用要点：计算速度前向选择算法一样；样本的噪声极为敏感
使用场景：适合高维数据回归。

8. LARS Lasso（角回归拉索算法）

相关的理论较深，先放篇博客，以后在看

9. Orthogonal Matching Pursuit（匹配追踪算法）

MP算法是稀疏表征中用于稀疏求解的最基本方法之一.OMP是正交匹配追踪算法。每次用内积找到和残差最接近的向量作为贡献最大的向量，直到没有特征或者参数小于阈值。具体讲解可参考文章
使用场景：适合稀疏回归问题。

10. Bayesian Regression（贝叶斯回归）

用训练数据得到似然函数likelihood，再加上一个先验分布prior，利用贝叶斯公式得到一个后验分布posterior。对于一个新的测试数据x，用之前得到的posterior作为权重在整个参数空间里计算一个加权积分，得到一个预测分布。贝叶斯回归对数据有自适应能力，可以重复的利用实验数据，并防止过拟合。
使用要点：得到的参数接近0。
使用场景：确定数据分布的情况，贝叶斯回归更能取得良好的效果。

11. Logistic regression（逻辑斯蒂回归）

将线性回归算法的结果放入sigmoid函数实现分类功能，如果输出大于0.5，结果被分为正类，如果输出小于0.5，结果被分为负类。
使用要点：LR只能做分类问题！！默认的正则化项时L2，多分类的策略是OVR，求解参数算法：liblinear，sag，saga，newton-cg，lbfs算法。其中liblinear适合小数据，sag和saga适合大数据，sag和saga需要数据归一化。liblinear算法适合两类分类问题，其他优化算法适合多类分类问题。
使用场景：做比赛预测广告点击次数，次数是正整数和0，LR算法把次数当作是类别，整体当作回归问题预测结果。预测的结果类别和训练数据的类别完全一致。这样做只能取得一般的效果。作为完全的分类问题模型，LR的效果不如SVM的分类效果。

12. Stochastic Gradient Descent - （随机梯度下降算法）

只在神经网络算法中用到过

13. Perceptron（感知机）

感觉用感知机不如直接使用神经网络，哪怕只有一层的神经网络效果也比感知机强。

14. Passive Aggressive Algorithms（被动攻击算法）

Passive Aggressive Algorithms指代一系列大规模在线学习算法。可以解决分类和回归问题。具体推导参考github
使用场景：大规模流式在线学习

15. Robustness regression: outliers and modeling errors（稳健回归算法）

和一般回归分析方法相比，鲁棒回归（Robust Regression）不容易受离群值（outlier）和错误点(Error point)的影响。
常用有两种文件回归算法：RANSAC随机采样一致性算法和Theil-Sen Regression泰尔森回归算法。
使用场景：适合有异常数据的回归问题

16. Polynomial regression: extending linear models with basis functions

算法计算不同特征的组合的结果，比如只有两个特征(X_1)和(X_2)，组合交叉形成(X_1,X_2,X_1X_2,X_2X_1,X_1^{2},X^{2}_{1})
使用要点：可以指定只要交叉特征
使用场景：做推荐算法比赛时常用到这个函数，省去人工交叉特征的麻烦。