在多个分类器上进行网格搜索

Posted 2023-03-12

【中文标题】在多个分类器上进行网格搜索

【英文标题】：grid search over multiple classifiers

【发布时间】：2014-05-27 12:58:50

【问题描述】：

有没有更好的内置方法在单个管道中进行网格搜索和测试多个模型？当然模型的参数会有所不同，这对我来说很复杂。这是我所做的：

from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
from sklearn.svm import SVC
from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB
from sklearn.grid_search import GridSearchCV


def grid_search():
    pipeline1 = Pipeline((
    ('clf', RandomForestClassifier()),
    ('vec2', TfidfTransformer())
    ))

    pipeline2 = Pipeline((
    ('clf', KNeighborsClassifier()),
    ))

    pipeline3 = Pipeline((
    ('clf', SVC()),
    ))

    pipeline4 = Pipeline((
    ('clf', MultinomialNB()),
    ))
    
    parameters1 = 
    'clf__n_estimators': [10, 20, 30],
    'clf__criterion': ['gini', 'entropy'],
    'clf__max_features': [5, 10, 15],
    'clf__max_depth': ['auto', 'log2', 'sqrt', None]
    

    parameters2 = 
    'clf__n_neighbors': [3, 7, 10],
    'clf__weights': ['uniform', 'distance']
    

    parameters3 = 
    'clf__C': [0.01, 0.1, 1.0],
    'clf__kernel': ['rbf', 'poly'],
    'clf__gamma': [0.01, 0.1, 1.0],

    
    parameters4 = 
    'clf__alpha': [0.01, 0.1, 1.0]
    

    pars = [parameters1, parameters2, parameters3, parameters4]
    pips = [pipeline1, pipeline2, pipeline3, pipeline4]
    
    print "starting Gridsearch"
    for i in range(len(pars)):
        gs = GridSearchCV(pips[i], pars[i], verbose=2, refit=False, n_jobs=-1)
        gs = gs.fit(X_train, y_train)
        print "finished Gridsearch"
        print gs.best_score_

但是，这种方法仍然在每个分类器中提供最佳模型，而不是在分类器之间进行比较。

【问题讨论】：

没有自动的方法来做到这一点。

yet ;) [问题是我们不能设置管道的“步骤”，对吧？]

那么你不能使用参数网格来切换管道步骤。

此功能是否已更改/更新？

this 不是答案吗？

【参考方案1】：

虽然 dubek 的解决方案更直接，但它对分类器之前的管道元素参数之间的交互没有帮助。所以我写了一个helper class来处理，可以包含在scikit的默认Pipeline设置中。一个最小的例子：

from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.model_selection import GridSearchCV
from sklearn.preprocessing import StandardScaler, MaxAbsScaler
from sklearn.svm import LinearSVC
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn import datasets
from pipelinehelper import PipelineHelper

iris = datasets.load_iris()
X_iris = iris.data
y_iris = iris.target
pipe = Pipeline([
    ('scaler', PipelineHelper([
        ('std', StandardScaler()),
        ('max', MaxAbsScaler()),
    ])),
    ('classifier', PipelineHelper([
        ('svm', LinearSVC()),
        ('rf', RandomForestClassifier()),
    ])),
])

params = 
    'scaler__selected_model': pipe.named_steps['scaler'].generate(
        'std__with_mean': [True, False],
        'std__with_std': [True, False],
        'max__copy': [True],  # just for displaying
    ),
    'classifier__selected_model': pipe.named_steps['classifier'].generate(
        'svm__C': [0.1, 1.0],
        'rf__n_estimators': [100, 20],
    )

grid = GridSearchCV(pipe, params, scoring='accuracy', verbose=1)
grid.fit(X_iris, y_iris)
print(grid.best_params_)
print(grid.best_score_)

它也可以用于管道的其他元素，而不仅仅是分类器。 代码在github，如果有人想查看的话。

编辑：如果有人感兴趣，我已经在 PyPI 上发布了这个，只需使用 pip install pipelinehelper 安装 ti。

【参考方案2】：

您可以使用'hyperopt' library，而不是使用网格搜索来选择超参数。

请查看this page 的第 2.2 节。在上述情况下，您可以使用hp.choice 表达式在各种管道中进行选择，然后分别为每个管道定义参数表达式。

在您的目标函数中，您需要根据所选管道进行检查，并返回所选管道和参数的 CV 分数（可能通过cross_cal_score）。

执行结束时的试验对象，将指示总体上最佳的管道和参数。

【参考方案3】：

这就是我在没有包装函数的情况下所做的。 您可以评估任意数量的分类器。每一个都可以有多个参数用于超参数优化。

得分最高的将使用pickle保存到磁盘

from sklearn.svm import SVC
from operator import itemgetter
from sklearn.utils import shuffle
from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
from sklearn.model_selection import GridSearchCV
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
import operator

#pipeline parameters
    parameters = \
        [ \
            
                'clf': [MultinomialNB()],
                'tf-idf__stop_words': ['english', None],
                'clf__alpha': [0.001, 0.1, 1, 10, 100]
            ,

            
                'clf': [SVC()],
                'tf-idf__stop_words': ['english', None],
                'clf__C': [0.001, 0.1, 1, 10, 100, 10e5],
                'clf__kernel': ['linear', 'rbf'],
                'clf__class_weight': ['balanced'],
                'clf__probability': [True]
            ,

            
                'clf': [DecisionTreeClassifier()],
                'tf-idf__stop_words': ['english', None],
                'clf__criterion': ['gini','entropy'],
                'clf__splitter': ['best','random'],
                'clf__class_weight':['balanced', None]
            
        ]

    #evaluating multiple classifiers
    #based on pipeline parameters
    #-------------------------------
    result=[]

    for params in parameters:

        #classifier
        clf = params['clf'][0]

        #getting arguments by
        #popping out classifier
        params.pop('clf')

        #pipeline
        steps = [('tf-idf', TfidfVectorizer()), ('clf',clf)]

        #cross validation using
        #Grid Search
        grid = GridSearchCV(Pipeline(steps), param_grid=params, cv=3)
        grid.fit(features, labels)

        #storing result
        result.append\
        (
            
                'grid': grid,
                'classifier': grid.best_estimator_,
                'best score': grid.best_score_,
                'best params': grid.best_params_,
                'cv': grid.cv
            
        )

    #sorting result by best score
    result = sorted(result, key=operator.itemgetter('best score'),reverse=True)

    #saving best classifier
    grid = result[0]['grid']
    joblib.dump(grid, 'classifier.pickle')

【参考方案4】：

问题的另一个简单解决方案。

首先加载所有估算器。在这里，我将主要使用分类器。

logi=LogisticRegression(penalty="elasticnet",l1_ratio=0.5,solver="saga", random_state=4, n_jobs=-1)
rf=RandomForestClassifier(random_state=4, n_jobs=-1, max_features="auto", warm_start=True)
gb=GradientBoostingClassifier(random_state=4, subsample=0.8, max_features="auto", warm_start=True)
svc=SVC(random_state=4, kernel='rbf')
ex=ExtraTreesClassifier(random_state=4, n_jobs=-1, max_features="auto", warm_start=True)

然后创建一个分类器列表：

ensemble_clf=[rf, ex, gb, svc] 

现在，为每个分类器/估计器创建所有参数：-

params1="max_depth": range(5,30,5), "min_samples_leaf": range(1,30,2),
         "n_estimators":range(100,2000,200)
params2="criterion":["gini", "entropy"],"max_depth": range(5,30,5), 
         "min_samples_leaf": range(1,30,2), "n_estimators":range(100,2000,200)
params3="learning_rate":[0.001,0.01,0.1], "n_estimators":range(1000,3000,200)
params4="kernel":["rbf", "poly"], "gamma": ["auto", "scale"], "degree":range(1,6,1)

现在创建一个列表：

parameters_list=[params1, params2, params3, params4]

现在，最重要的部分来了： 为所有模型/分类器或估计器创建一个字符串名称： 这用于为 comparison

创建

Dataframes

model_log=["_rf", "_ex", "_gb", "_svc"]

现在运行一个 for 循环并使用网格搜索：

for i in range(len(ensemble_clf)):
    Grid=GridSearchCV(estimator=ensemble_clf[i], param_grid=parameters_list[i], 
                      n_jobs=-1, cv=3, verbose=3).fit(TrainX_Std, TrainY)
    globals()['Grid%s' % model_log[i]]=pd.DataFrame(Grid.cv_results_)  

"globals()['Grid%s' % model_log[i]]=pd.DataFrame(Grid.cv_results_) " 将为使用的每个估算器单独创建数据帧，并且可以用于通过排序进行比较，并挑选每个估算器的最佳参数。

希望这会有所帮助。

【讨论】：

喜欢这种方法 - 非常整洁。但是，我会使用模型的字典来使其更具可读性，而不是为每个模型网格搜索创建数据框，在 for 循环中我会做一个Grid.best_estimator_ 来获得为特定型号:) scikit-learn.org/stable/modules/generated/…

【参考方案5】：

另一种选择是使用HyperclassifierSearch (Github) 包。接近bmurauer above的解决方案。

但是，你可能

找到 DataFrame 输出以获得最佳模型，该模型默认跳过计时信息 找到三个usage examples helpful 比如较短的核心代码，大约 100 行

我基于David Batista 的代码开发了HyperclassifierSearch package（以pip install HyperclassifierSearch 开头），我喜欢代码的简洁性。

1.详解，超分类器evaluate_model函数的使用：

search = HyperclassifierSearch(models, params)
best_model = search.train_model(X, y)
search.evaluate_model(sort_by='mean_test_score', show_timing_info=False) # default parameters explicitly given

【讨论】：

如何指定评分指标？

感谢分享。回复@Maths12，您可以像在 sklearn gridsearchcv 中一样将scoring 传递给train_model 方法，例如scoring=["f1", "precision"]。如果你传递一个字符串，它会正常工作，但如果你想传递一个列表（如我的示例中），那么代码需要在evaluate_model 中进行一些小改动。