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Python机器学习核心技术

时间:2026-01-30 00:54:26
Python机器学习核心技术
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Python机器学习的核心技术涵盖数据预处理、模型构建、评估优化及部署应用等多个环节,以下结合技术要点与案例实践展开说明:一、数据预处理技术1. 数据清洗处理缺失值:使用pandas的fillna()填充均值/中位数,或通过SimpleImputer类实现更灵活的缺失值处理。异常值检测:结合scipy.stats的Z-score或IQR方法识别异常值,并通过分箱、截断或删除进行修正。重复值处理:利用drop_duplicates()方法删除重复数据,确保数据唯一性。2. 特征工程特征缩放:通过StandardScaler(标准化)或MinMaxScaler(归一化)消除量纲影响,提升模型收敛速度。特征编码:对分类变量使用OneHotEncoder(独热编码)或LabelEncoder(标签编码)转换为数值形式。特征选择:基于方差阈值(VarianceThreshold)、相关性分析或模型内置重要性评分(如随机森林的feature_importances_)筛选关键特征。3. 数据划分使用train_test_split将数据集划分为训练集、验证集和测试集,典型比例为6:2:2或7:1:2,确保模型评估的客观性。图:数据预处理核心步骤(清洗→特征工程→划分)二、模型构建与训练1. 监督学习模型线性回归:通过sklearn.linear_model.LinearRegression实现,适用于连续值预测,需关注多重共线性问题(可通过VIF值检测)。逻辑回归:使用LogisticRegression进行二分类任务,结合正则化(L1/L2)防止过拟合。决策树与随机森林:决策树通过DecisionTreeClassifier构建,需调整max_depth、min_samples_split等参数控制复杂度。随机森林(RandomForestClassifier)通过集成多棵决策树提升泛化能力,支持特征重要性评估。支持向量机(SVM):利用SVC类实现,通过核函数(如RBF)处理非线性分类问题,需优化C(正则化参数)和gamma(核系数)。2. 无监督学习模型K-Means聚类:通过KMeans类实现,需预先指定簇数k,可通过肘部法则或轮廓系数确定最优k值。主成分分析(PCA):使用PCA进行降维,保留数据主要特征的同时减少计算量,需通过explained_variance_ratio_选择主成分数量。3. 深度学习模型神经网络:基于TensorFlow/Keras构建全连接网络,示例代码如下:from tensorflow.keras.models import Sequentialfrom tensorflow.keras.layers import Densemodel = Sequential([ Dense(64, activation=relu, input_shape=(input_dim,)), Dense(32, activation=relu), Dense(1, activation=sigmoid) # 二分类输出层])model.compile(optimizer=adam, loss=binary_crossentropy, metrics=[accuracy])model.fit(X_train, y_train, epochs=50, batch_size=32)卷积神经网络(CNN):适用于图像分类任务,通过Conv2D和MaxPooling2D层提取空间特征。图:模型训练关键环节(数据加载→模型定义→参数优化)三、模型评估与优化1. 评估指标分类任务:准确率(Accuracy)、精确率(Precision)、召回率(Recall)、F1分数(F1-Score)、ROC-AUC曲线。回归任务:均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、R2分数。聚类任务:轮廓系数(Silhouette Score)、Calinski-Harabasz指数。2. 交叉验证使用KFold或StratifiedKFold进行k折交叉验证,确保模型在不同数据子集上的稳定性。3. 超参数调优网格搜索(GridSearchCV):遍历预设参数组合,选择最优模型。随机搜索(RandomizedSearchCV):在参数空间中随机采样,提升搜索效率。贝叶斯优化:通过BayesSearchCV动态调整搜索方向,适用于高维参数空间。4. 模型解释性SHAP值:通过shap库计算特征对模型输出的贡献度,解释单个预测结果。LIME:对局部样本进行线性近似,生成可解释的规则。四、模型部署与应用1. 模型保存与加载使用joblib或pickle保存训练好的模型:import joblibjoblib.du
时间:2026-01-30 00:54:31
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