前言

有一个开源的、商业上可用的机器学习工具包，叫做scikit-learn。这个工具包包含了你将在本课程中使用的许多算法的实现。

目标

在本实验中，你将:

• 利用scikit-learn实现使用梯度下降的线性回归

工具

您将使用scikit-learn中的函数以及matplotlib和NumPy。

import numpy as np
np.set_printoptions(precision=2)
from sklearn.linear_model import LinearRegression, SGDRegressor
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from lab_utils_multi import  load_house_data
import matplotlib.pyplot as plt
dlblue = '#0096ff'; dlorange = '#FF9300'; dldarkred='#C00000'; dlmagenta='#FF40FF'; dlpurple='#7030A0'; 
plt.style.use('./deeplearning.mplstyle')

注意点

可能会出现报错 No module named ‘sklearn’
这是因为当前环境下未安装scikit-learn
【解决办法】：在cmd中输入

pip install scikit-learn

梯度下降

Scikit-learn有一个梯度下降回归模型sklearn.linear_model.SGDRegressor。与之前的梯度下降实现一样，该模型在规范化输入时表现最好。standardscaler将像之前的实验一样执行z-score归一化。这里它被称为“标准分数”。

加载数据集

X_train, y_train = load_house_data()
X_features = ['size(sqft)','bedrooms','floors','age']

缩放/规范化训练数据

scaler = StandardScaler()
X_norm = scaler.fit_transform(X_train)
print(f"Peak to Peak range by column in Raw        X:{np.ptp(X_train,axis=0)}")   
print(f"Peak to Peak range by column in Normalized X:{np.ptp(X_norm,axis=0)}")

创建并拟合回归模型

sgdr = SGDRegressor(max_iter=1000)
sgdr.fit(X_norm, y_train)
print(sgdr)
print(f"number of iterations completed: {sgdr.n_iter_}, number of weight updates: {sgdr.t_}")

视图参数

注意，参数与规范化的输入数据相关联。拟合参数与之前使用该数据的实验室中发现的非常接近。

b_norm = sgdr.intercept_
w_norm = sgdr.coef_
print(f"model parameters:                   w: {w_norm}, b:{b_norm}")
print(f"model parameters from previous lab: w: [110.56 -21.27 -32.71 -37.97], b: 363.16")

做出预测

预测训练数据的目标。使用’ predict '例程并使用$w$和$b$进行计算。

# make a prediction using sgdr.predict()
y_pred_sgd = sgdr.predict(X_norm)
# make a prediction using w,b. 
y_pred = np.dot(X_norm, w_norm) + b_norm  
print(f"prediction using np.dot() and sgdr.predict match: {(y_pred == y_pred_sgd).all()}")

print(f"Prediction on training set:\n{y_pred[:4]}" )
print(f"Target values \n{y_train[:4]}")

绘制结果

让我们绘制预测值与目标值的对比图。

# plot predictions and targets vs original features    
fig,ax=plt.subplots(1,4,figsize=(12,3),sharey=True)
for i in range(len(ax)):
    ax[i].scatter(X_train[:,i],y_train, label = 'target')
    ax[i].set_xlabel(X_features[i])
    ax[i].scatter(X_train[:,i],y_pred,color=dlorange, label = 'predict')
ax[0].set_ylabel("Price"); ax[0].legend();
fig.suptitle("target versus prediction using z-score normalized model")
plt.show()

祝贺

在这个实验中，你:
-使用开源机器学习工具包scikit-learn
-实现线性回归使用梯度下降和特征归一化的工具包