Python：没有机器学习的网格搜索？

Posted 2023-02-23

【中文标题】Python：没有机器学习的网格搜索？

【英文标题】：Python: Gridsearch Without Machine Learning?

【发布时间】：2018-07-29 07:27:00

【问题描述】：

我想优化具有多个可变参数的算法 作为输入。

对于机器学习任务，Sklearn 通过gridsearch 功能提供超参数优化。

是否有标准化的方式/Python 中的库允许优化超参数，不仅限于机器学习主题？

【参考方案1】：

您可以使用 score 方法创建自定义管道/估算器（参见链接http://scikit-learn.org/dev/developers/contributing.html#rolling-your-own-estimator）来比较结果。

ParameterGrid 也可能对您有所帮助。它将自动填充所有超参数设置。

【参考方案2】：

您可能会考虑 scipy 的 optimize.brute，它本质上是相同的，尽管在 API 使用方面不受限制。您只需要定义一个返回标量的函数。

通过蛮力在给定范围内最小化函数。

使用“蛮力”方法，即在多维点网格的每个点处计算函数的值，以找到函数的全局最小值。

文档中的无耻示例副本：

代码

import numpy as np
from scipy import optimize


params = (2, 3, 7, 8, 9, 10, 44, -1, 2, 26, 1, -2, 0.5)
def f1(z, *params):
    x, y = z
    a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, scale = params
    return (a * x**2 + b * x * y + c * y**2 + d*x + e*y + f)

def f2(z, *params):
    x, y = z
    a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, scale = params
    return (-g*np.exp(-((x-h)**2 + (y-i)**2) / scale))


def f3(z, *params):
    x, y = z
    a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, scale = params
    return (-j*np.exp(-((x-k)**2 + (y-l)**2) / scale))


def f(z, *params):
    return f1(z, *params) + f2(z, *params) + f3(z, *params)

rranges = (slice(-4, 4, 0.25), slice(-4, 4, 0.25))
resbrute = optimize.brute(f, rranges, args=params, full_output=True,
                          finish=optimize.fmin)
print(resbrute[:2])  # x0, feval

输出

(array([-1.05665192,  1.80834843]), -3.4085818767996527)

蛮力函数并不是什么黑魔法，通常人们可能会考虑自己的实现。上面的 scipy-example 有一个更有趣的功能：

finish : 可调用的，可选的

以蛮力最小化结果作为初始猜测调用的优化函数。 finish 应该将 func 和初始猜测作为位置参数，并将 args 作为关键字参数。它还可以将 full_output 和/或 disp 作为关键字参数。如果不使用“抛光”功能，请使用无。有关详细信息，请参阅注释。

我会推荐大多数用例（在连续空间中）。但请务必对它的作用有一些最低限度的了解，以了解您不想这样做的用例（需要离散空间结果；缓慢的函数评估）。

如果您使用的是 sklearn，则您已经安装了 scipy（这是一个依赖项）。

编辑： 这里我创建了一些小图 (code) 以显示 finish 正在做什么 (local-opt) 与一维示例（不是最好的示例，但更容易情节）：

【参考方案3】：

您还可以查看贝叶斯优化。在这个github repository 你可以找到简单的实现。

不同之处在于，贝叶斯优化不会查找您输入范围内的特定值，而是查找范围内的值。

下面的示例取自他们的存储库，以便您了解实现的简单程度！

def black_box_function(x, y):
    """Function with unknown internals we wish to maximize.

    This is just serving as an example, for all intents and
    purposes think of the internals of this function, i.e.: the process
    which generates its output values, as unknown.
    """
    return -x ** 2 - (y - 1) ** 2 + 1

from bayes_opt import BayesianOptimization

# Bounded region of parameter space
pbounds = 'x': (2, 4), 'y': (-3, 3)

optimizer = BayesianOptimization(
    f=black_box_function,
    pbounds=pbounds,
    random_state=1,
)

optimizer.maximize(
    init_points=2,
    n_iter=3,
)

print(optimizer.max)
>>> 'target': -4.441293113411222, 'params': 'y': -0.005822117636089974, 'x': 2.104665051994087

【讨论】：

感谢分享这个 repo，但是，我想使用 pbounds 作为整数值，比如 'x': (11 , 20) 只选择 11 到 20 之间的整数值进行优化，是这可能是因为我的代码中有错误

【参考方案4】：

Sklearn 也可以独立于机器学习主题使用，因此，为了完整起见，

我建议：

from sklearn.model_selection import ParameterGrid
param_grid = 'value_1': [1, 2, 3], 'value_2': [0, 1, 2, 3, 5]
for params in ParameterGrid(param_grid):
    function(params['value_1'], params['value_2'])

查找详细文档here。

【讨论】：

我相信您忘记使用从 sklearn.model_selection 导入的 ParameterGrid 类。事实上，这个答案没有多大意义。