逻辑回归模型的简介及python代码实现

news2024/11/22 18:42:00

文章目录

  • 1 逻辑回归简介
    • 1.1 回归步骤
    • 1.2 逻辑回归与多重线性回归
  • 2 逻辑回归模型算法原理
    • 2.1 逻辑回归模型的数学原理
    • 2.2 逻辑回归模型的代码实现
    • 2.3 逻辑回归模型的深入理解
    • 2.4 多分类逻辑回归模型演示
  • 总结

1 逻辑回归简介

逻辑回归是分类当中极为常用的手段,它属于概率型非线性回归,分为二分类和多分类的回归模型。对于二分类的logistic回归,因变量y只有“是”和“否”两个取值,记为1和0。假设在自变量x1,x2,……,xp,作用下,y取“是”的概率是p,则取“否”的概率是1-p

1.1 回归步骤

  1. 面对一个回归或者分类问题,建立代价函数
  2. 通过优化方法迭代求解出最优的模型参数
  3. 测试验证我们这个求解的模型的好坏

1.2 逻辑回归与多重线性回归

Logistic回归与多重线性回归实际上有很多相同之处,最大的区别就在于它们的因变量不同,其他的基本都差不多。正是因为如此,这两种回归可以归于同一个家族,即广义线性模型(generalizedlinear model)。这一家族中的模型形式基本上都差不多,不同的就是因变量不同。这一家族中的模型形式基本上都差不多,不同的就是因变量不同。

  • 如果是连续的,就是多重线性回归
  • 如果是二项分布,就是Logistic回归
  • 如果是Poisson分布,就是Poisson回归
  • 如果是负二项分布,就是负二项回归

2 逻辑回归模型算法原理

2.1 逻辑回归模型的数学原理

# 补充知识点:Sigmoid函数绘制
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(-6, 6)  # 通过linspace()函数生成-6到6的等差数列,默认50个数
y = 1.0 / (1.0 + np.exp(-x))  # Sigmoid函数计算公式,exp()函数表示指数函数

plt.plot(x,y)  # 画图
plt.show()  # 展示

在这里插入图片描述

# 演示下linespace()函数
import numpy as np
x = np.linspace(-6, 6)
x
array([-6.        , -5.75510204, -5.51020408, -5.26530612, -5.02040816,
       -4.7755102 , -4.53061224, -4.28571429, -4.04081633, -3.79591837,
       -3.55102041, -3.30612245, -3.06122449, -2.81632653, -2.57142857,
       -2.32653061, -2.08163265, -1.83673469, -1.59183673, -1.34693878,
       -1.10204082, -0.85714286, -0.6122449 , -0.36734694, -0.12244898,
        0.12244898,  0.36734694,  0.6122449 ,  0.85714286,  1.10204082,
        1.34693878,  1.59183673,  1.83673469,  2.08163265,  2.32653061,
        2.57142857,  2.81632653,  3.06122449,  3.30612245,  3.55102041,
        3.79591837,  4.04081633,  4.28571429,  4.53061224,  4.7755102 ,
        5.02040816,  5.26530612,  5.51020408,  5.75510204,  6.        ])
# 演示下np.exp()函数
x = -1 
np.exp(-x)
2.718281828459045

2.2 逻辑回归模型的代码实现

# 构造数据
X = [[1, 0], [5, 1], [6, 4], [4, 2], [3, 2]]
y = [0, 1, 1, 0, 0]

# 模型训练
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
model = LogisticRegression()
model.fit(X, y)  # 如果运行时下面出现FutureWarning警告,不要在意,它只是在告诉你以后模型的官方默认参数会有所调整而已,不是报错
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
                   intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
                   multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
                   random_state=None, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
                   warm_start=False)
# 如果不想看到FutureWarning这样的警告信息,可以在代码最上面加上如下内容
import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
# 模型预测 - 预测单个数据
print(model.predict([[2,2]]))
[0]
# 模型预测 - 预测多个数据1
print(model.predict([[1,1], [2,2], [5, 5]]))
[0 0 1]
# 模型预测 - 预测多个数据2
print(model.predict([[1, 0], [5, 1], [6, 4], [4, 2], [3, 2]]))  # 因为这里演示的多个数据和X是一样的,所以也可以直接写成model.predict(X)
[0 1 1 0 0]

可以看到其预测准确度为100%。

2.3 逻辑回归模型的深入理解

# 预测概率:左列是分类为0的概率,右列是分类为1的概率
y_pred_proba = model.predict_proba(X)
y_pred_proba  # 直接打印
array([[0.97344854, 0.02655146],
       [0.39071972, 0.60928028],
       [0.17991028, 0.82008972],
       [0.63167893, 0.36832107],
       [0.82424527, 0.17575473]])
# 另外一种打印概率的方式:通过DataFrame展示,更加好看些
import pandas as pd
a = pd.DataFrame(y_pred_proba, columns=['分类为0的概率', '分类为1的概率'])  # 2.2.1 通过numpy数组创建DataFrame
a
分类为0的概率分类为1的概率
00.9734490.026551
10.3907200.609280
20.1799100.820090
30.6316790.368321
40.8242450.175755
# 打印系数和截距项
print(model.coef_)  # 系数k1与k2
print(model.intercept_)  # 截距项k0
[[1.00595248 0.02223835]]
[-4.60771284]
model.coef_.T
array([[1.00595248],
       [0.02223835]])
# 如果想批量查看预测概率
import numpy as np
for i in range(5):  # 这里共有5条数据,所以循环5次
    print(1 / (1 + np.exp(-(np.dot(X[i], model.coef_.T) + model.intercept_))))
[0.02655146]
[0.60928028]
[0.82008972]
[0.36832107]
[0.17575473]

2.4 多分类逻辑回归模型演示

# 构造数据,此时y有多个分类
X = [[1, 0], [5, 1], [6, 4], [4, 2], [3, 2]]
y = [-1, 0, 1, 1, 1]  # 这里有三个分类-1、0、1

# 模型训练
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
model = LogisticRegression()
model.fit(X, y)  # 如果运行时下面出现FutureWarning警告,不要在意,它只是在告诉你以后模型的官方默认参数会有所调整而已,不是报错
LogisticRegression(C=1.0, class_weight=None, dual=False, fit_intercept=True,
                   intercept_scaling=1, l1_ratio=None, max_iter=100,
                   multi_class='auto', n_jobs=None, penalty='l2',
                   random_state=None, solver='lbfgs', tol=0.0001, verbose=0,
                   warm_start=False)
print(model.predict([[0, 0]]))
[-1]
model.predict(X)
array([-1,  0,  1,  1,  1])
print(model.predict_proba([[0, 0]]))
[[0.88352311 0.02340026 0.09307662]]

总结

Logistic回归虽然名字里带“回归”,但它实际上是一种分类方法,主要用于二分类问题(即输出只有两种,分别代表两个类别),也可以处理多分类问题。


https://blog.csdn.net/Annaaphq/article/details/126260599
https://blog.csdn.net/qq_42433311/article/details/124124893

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