【AI知识】有监督学习之回归任务（附线性回归代码及可视化）

news2024/12/17 0:10:22

1. 回归的基本概念
在机器学习的有监督学习中，回归（Regression）是一种常见的任务，它的目标是通过观察数据来建立一个模型，用一个或多个自变量来预测因变量的值。

回归分析通常用于： a.预测，基于已有数据，预测未知的数据，b. 解释关系，分析自变量与因变量之间的关系和影响。

回归任务举例： 根据房屋的面积、位置、房龄等信息，预测房屋的市场价格。

回归模型的类型： 线性回归（Linear Regression）、非线性回归（Nonlinear Regression）、岭回归（Ridge Regression）等

2. 线性回归（Linear Regression）

线性回归是最基础的回归方法，它假设自变量和因变量之间存在线性关系。常见的线性回归模型有：

在这里插入图片描述
3. 非线性回归（Nonlinear Regression）

当自变量和因变量之间的关系不再是线性时，可使用非线性回归，适用于那些数据呈现曲线而不是直线趋势的情况。这种回归模型包含了更复杂的数学关系，例如：

在这里插入图片描述
4. 回归任务的评估指标

回归模型的评估指标用来衡量模型的预测能力和拟合程度。常见的评估指标有：

在这里插入图片描述

5. 使用 scikit-learn 库进行单变量线性回归分析

# 导入必要的库
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.linear_model import LinearRegression
from sklearn.metrics import mean_squared_error, r2_score

# 生成模拟数据
np.random.seed(42)  # 为了可复现性
X = 2 * np.random.rand(100, 1)  # 生成100个随机自变量
Y = 4 + 3 * X + np.random.randn(100, 1)  # 生成因变量（线性关系加上噪声）

# 可视化数据
plt.scatter(X, Y, color='blue', label='Data Points')
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('Y')
plt.title('Generated Data')
plt.show()

在这里插入图片描述

# 数据集划分：80%训练，20%测试
X_train, X_test, Y_train, Y_test = train_test_split(X, Y, test_size=0.2, random_state=42)

# 创建线性回归模型
model = LinearRegression()

# 训练模型
model.fit(X_train, Y_train)

# 进行预测
Y_pred = model.predict(X_test)

# 打印回归系数和截距
print(f"回归系数 (β1): {model.coef_[0]}")
print(f"截距 (β0): {model.intercept_}")
#回归系数 (β1): [2.79932366]
#截距 (β0): [4.14291332]


# 评估模型
mse = mean_squared_error(Y_test, Y_pred)
r2 = r2_score(Y_test, Y_pred)
print(f"均方误差 (MSE): {mse}")
print(f"决定系数 (R²): {r2}")
#均方误差 (MSE): 0.6536995137170021
#决定系数 (R²): 0.8072059636181392

# 可视化结果
plt.scatter(X_test, Y_test, color='blue', label='True Data')
plt.plot(X_test, Y_pred, color='red', label='Regression Line')
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('Y')
plt.title('Linear Regression Model')
plt.legend()
plt.show()