Python机器学习库SKLearn：数据集转换之管道和特征

超、凢脫俗 2022-09-29 01:51 168阅读 0赞

4.1 管道和特征：组合估计量

4.1.1 管道：链接估计

管道可以用于将多个估计器链接成一个。 这是有用的，因为在处理数据中经常有固定的步骤序列，例如特征选择，归一化和分类。 管道在这里有两个目的：  
方便：您只需调用fit和预测一次您的数据，以适应一个完整的估计量序列。  
联合参数选择：可以一次性在管线中的所有估计量的参数上进行网格搜索。  
流水线中的所有估计器，除了最后一个，必须是变换器（即必须具有变换方法）。 最后一个估计器可以是任何类型（变换器，分类器等）。

4.1.1.1 用法  
  
流水线是使用(key, value)对的列表构建的，其中key是包含要给予此步骤的名称的字符串，value是估计量对象：

from sklearn.pipeline import Pipeline
    from sklearn.svm import SVC
    from sklearn.decomposition import PCA
    estimators = [('reduce_dim', PCA()), ('clf', SVC())]
    pipe = Pipeline(estimators)
    pipe 
    输出：Pipeline(steps=[('reduce_dim', PCA(copy=True, iterated_power='auto',
    n_components=None, random_state=None, svd_solver='auto', tol=0.0,
    whiten=False)), ('clf', SVC(C=1.0, cache_size=200, class_weight=None,
    coef0=0.0, decision_function_shape=None, degree=3, gamma='auto',
    kernel='rbf', max_iter=-1, probability=False, random_state=None,
    shrinking=True, tol=0.001, verbose=False))])

效用函数make\_pipeline是构造管道的简写; 它需要一个可变数量的估计器并返回一个管道，自动填充名称：

from sklearn.pipeline import make_pipeline
    from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB
    from sklearn.preprocessing import Binarizer
    make_pipeline(Binarizer(), MultinomialNB()) 
    输出：Pipeline(steps=[('binarizer', Binarizer(copy=True, threshold=0.0)),
                    ('multinomialnb', MultinomialNB(alpha=1.0,
                                                    class_prior=None,
                                                    fit_prior=True))])

管道的估计器作为列表存储在steps属性中：

pipe.steps[0]
    输出：('reduce_dim', PCA(copy=True, iterated_power='auto', n_components=None, random_state=None,
      svd_solver='auto', tol=0.0, whiten=False))

并在named\_steps中作为dict存在：

pipe.named_steps['reduce_dim']
    输出：PCA(copy=True, iterated_power='auto', n_components=None, random_state=None,
      svd_solver='auto', tol=0.0, whiten=False)

设置参数：

pipe.set_params(clf__C=10) 
    输出：Pipeline(steps=[('reduce_dim', PCA(copy=True, iterated_power='auto',
        n_components=None, random_state=None, svd_solver='auto', tol=0.0,
        whiten=False)), ('clf', SVC(C=10, cache_size=200, class_weight=None,
        coef0=0.0, decision_function_shape=None, degree=3, gamma='auto',
        kernel='rbf', max_iter=-1, probability=False, random_state=None,
        shrinking=True, tol=0.001, verbose=False))])

这对于网格搜索尤为重要：

>>> from sklearn.model_selection import GridSearchCV
    >>> params = dict(reduce_dim__n_components=[2, 5, 10],
    ...               clf__C=[0.1, 10, 100])
    >>> grid_search = GridSearchCV(pipe, param_grid=params)

单个步骤也可以替换为参数，非最终步骤可以通过将其设置为None：

>>> from sklearn.linear_model import LogisticRegression
    >>> params = dict(reduce_dim=[None, PCA(5), PCA(10)],
    ...               clf=[SVC(), LogisticRegression()],
    ...               clf__C=[0.1, 10, 100])
    >>> grid_search = GridSearchCV(pipe, param_grid=params)

4.1.2 FeatureUnion：复合特征空间

FeatureUnion将多个转换器对象组合成一个新的转换器，结合了它们的输出。 FeatureUnion获取转换器对象的列表。 在拟合期间，这些中的每一个独立地拟合数据。 对于变换数据，变换器被并行应用，并且它们输出的样本向量端对端地连接成较大的向量。  
FeatureUnion具有与Pipeline相同的目的 - 方便和联合参数估计和验证。  
FeatureUnion和Pipeline可以组合以创建复杂模型。  
（FeatureUnion无法检查两个转换器是否可能产生相同的特征，当特征集不相交时，它只产生一个并集，并确保它们是调用者的责任。）

4.1.2.1 用法

FeatureUnion使用（key，value）对的列表构建，其中key是您要给予给定变换的名称（任意字符串;它仅用作标识符），value是一个估计器对象：

>>> from sklearn.pipeline import FeatureUnion
    >>> from sklearn.decomposition import PCA
    >>> from sklearn.decomposition import KernelPCA
    >>> estimators = [('linear_pca', PCA()), ('kernel_pca', KernelPCA())]
    >>> combined = FeatureUnion(estimators)
    >>> combined 
    FeatureUnion(n_jobs=1, transformer_list=[('linear_pca', PCA(copy=True,
        iterated_power='auto', n_components=None, random_state=None,
        svd_solver='auto', tol=0.0, whiten=False)), ('kernel_pca',
        KernelPCA(alpha=1.0, coef0=1, copy_X=True, degree=3,
        eigen_solver='auto', fit_inverse_transform=False, gamma=None,
        kernel='linear', kernel_params=None, max_iter=None, n_components=None,
        n_jobs=1, random_state=None, remove_zero_eig=False, tol=0))],
        transformer_weights=None)

像管道一样，特征联合体有一个称为make\_union的简化构造函数，不需要显式命名组件。像管道一样，单个步骤可以使用set\_params替换，并通过设置为None来忽略：

>>> combined.set_params(kernel_pca=None) 
    FeatureUnion(n_jobs=1, transformer_list=[('linear_pca', PCA(copy=True,
          iterated_power='auto', n_components=None, random_state=None,
          svd_solver='auto', tol=0.0, whiten=False)), ('kernel_pca', None)],
        transformer_weights=None)