Merge pull request 'antonov_dmitry_lab_1' (#9) from antonov_dmitry_lab_1 into main

Reviewed-on: http://student.git.athene.tech/Alexey/IIS_2023_1/pulls/9

antonov_dmitry_lab_1/README.md

@@ -0,0 +1,97 @@
+# Лаб 1
+
+Работа с типовыми наборами данных и различными моделями
+
+# Вариант 3
+
+Данные: make_classification (n_samples=500, n_features=2,
+n_redundant=0, n_informative=2, random_state=rs, n_clusters_per_class=1)
+
+# Запуск
+
+Выполнением скрипта файла (вывод в консоль + рисует графики).
+
+# Модели:
+
+1. Линейная регрессия
+1. Полиномиальная регрессия (со степенью 3)
+1. Гребневая полиномиальная регрессия (со степенью 3, alpha = 1.0)
+
+# Графики
+
+<div>
+Качество каждой модели может быть оценено на основе среднеквадратичной ошибки (MSE). 
+Более низкая MSE указывает на лучшее соответствие данным. 
+Однако выбор модели зависит от набора данных и лежащей в основе взаимосвязи между объектами и целевой переменной.
+
+Линейная регрессия: Линейная регрессия предполагает линейную зависимость между признаками и целевой переменной.
+Это хорошо работает, когда взаимосвязь линейна, а шум в наборе данных минимален.
+Лучше всего сработала на наборе лун. Хуже всего на кругах.
+На линейном наборе показала себя на равне с остальными.
+
+Полиномиальная и гребневая показали примерно одинаково на всех наборах.
+
+Полиномиальная регрессия (степень=3):
+Полиномиальная регрессия обеспечивает более гибкую подгонку за счет полинома более высокого порядка(кубическая кривая).
+Она может выявить более сложные взаимосвязи между объектами и целевой переменной.
+Она может сработать лучше, чем линейная регрессия, если истинная взаимосвязь нелинейна.
+
+Гребневая регрессия (степень= 3, альфа=1,0):
+В случае полиномиальной регрессии с регуляризацией (альфа=1,0) модель добавляет коэффициент регуляризации
+для управления сложностью обучения. Регуляризация помогает предотвратить переобучение, когда набор
+данных содержит шум или когда он ограничен.
+</div>
+
+<p>
+    <div>Набор лун (moon_dataset)</div>
+    <img src="screens/myplot1.png" width="650" title="датасет 1">
+</p>
+<p>
+    <div>Графики регрессии</div>
+    <img src="screens/myplot2.png" width="450" title="линейная модель">
+    <img src="screens/myplot3.png" width="450" title="полиномиальная модель">
+    <img src="screens/myplot4.png" width="450" title="гребневая модель">
+    <div>
+        Линейная MSE: 0.0936
+        Полиномиальная (degree=3) MSE: 0.0674
+        Гребневая (degree=3, alpha=1.0) MSE: 0.0682
+    </div>
+</p>
+
+<p>
+    <div>Набор кругов (circles_dataset)</div>
+    <img src="screens/myplot5.png" width="650" title="датасет 2">
+</p>
+<p>
+  <div>Графики регрессии</div>
+    <img src="screens/myplot6.png" width="450" title="линейная модель">
+    <img src="screens/myplot7.png" width="450" title="полиномиальная модель">
+    <img src="screens/myplot8.png" width="450" title="гребневая модель">
+    <div>
+        Линейная MSE: 0.2684
+        Полиномиальная (degree=3) MSE: 0.1341
+        Гребневая (degree=3, alpha=1.0) MSE: 0.1312
+    </div>
+</p>
+
+<p>
+    <div>Набор линейный (linearly_dataset)</div>
+    <img src="screens/myplot9.png" width="650" title="датасет 3">
+</p>
+<p>
+    <div>Графики регрессии</div>
+    <img src="screens/myplot10.png" width="450" title="линейная модель">
+    <img src="screens/myplot11.png" width="450" title="полиномиальная модель">
+    <img src="screens/myplot12.png" width="450" title="гребневая модель">
+    <div>
+        Линейная MSE: 0.1101
+        Полиномиальная (degree=3) MSE: 0.1045
+        Гребневая (degree=3, alpha=1.0) MSE: 0.1078
+    </div>
+</p>
+
+<div>
+Итоговая модель подбирается учитывая зависимость в данных,
+как правило полиномиальная регрессия справляется лучше, а коэф регуляризации в гребневой регрессии помогает избежать
+переобучения.
+</div>

antonov_dmitry_lab_1/lab1.py

@@ -0,0 +1,97 @@
+import numpy as np
+from matplotlib import pyplot as plt
+from skimage.metrics import mean_squared_error
+from sklearn.datasets import make_moons, make_circles, make_classification
+from sklearn.linear_model import LinearRegression, Ridge
+from sklearn.model_selection import train_test_split
+from sklearn.pipeline import make_pipeline
+from sklearn.preprocessing import StandardScaler, PolynomialFeatures
+
+X, y = make_classification(
+    n_features=2,
+    n_redundant=0,
+    n_informative=2,
+    random_state=0,
+    n_clusters_per_class=1
+)
+
+rng = np.random.RandomState(2)
+X += 2 * rng.uniform(size=X.shape)
+linearly_dataset = (X, y)
+moon_dataset = make_moons(noise=0.3, random_state=0)
+circles_dataset = make_circles(noise=0.2, factor=0.5, random_state=1)
+datasets = [moon_dataset, circles_dataset, linearly_dataset]
+
+"""
+Данные:
+· moon_dataset
+· circles_dataset
+· linearly_dataset
+"""
+for ds_cnt, ds in enumerate(datasets):
+    X, y = ds
+    X = StandardScaler().fit_transform(X)
+    X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(
+        X, y, test_size=.4, random_state=42
+    )
+    """
+    Модели:
+    · Линейную регрессию
+    · Полиномиальную регрессию (со степенью 3)
+    · Гребневую полиномиальную регрессию (со степенью 3, alpha = 1.0)
+    """
+
+    # Линейная
+    linear_regression = LinearRegression()
+    linear_regression.fit(X_train, y_train)
+    linear_predictions = linear_regression.predict(X_test)
+    linear_mse = mean_squared_error(y_test, linear_predictions)
+
+    # Полиномиальная (degree=3)
+    poly_regression = make_pipeline(PolynomialFeatures(degree=3), LinearRegression())
+    poly_regression.fit(X_train, y_train)
+    poly_predictions = poly_regression.predict(X_test)
+    poly_mse = mean_squared_error(y_test, poly_predictions)
+
+    # Гребневая (degree=3, alpha=1.0)
+    poly_regression_alpha = make_pipeline(PolynomialFeatures(degree=3), Ridge(alpha=1.0))
+    poly_regression_alpha.fit(X_train, y_train)
+    poly_alpha_predictions = poly_regression_alpha.predict(X_test)
+    poly_alpha_mse = mean_squared_error(y_test, poly_alpha_predictions)
+
+    # График данных
+    plt.figure(figsize=(10, 6))
+    plt.scatter(X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=y_test, cmap='coolwarm')
+    plt.title('Датасет №' + str(ds_cnt))
+    plt.xlabel('X')
+    plt.ylabel('Y')
+
+    # График линейной модели
+    plt.figure(figsize=(10, 6))
+    plt.scatter(X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=linear_predictions, cmap='coolwarm')
+    plt.title('Линейная ds'+ str(ds_cnt))
+    plt.xlabel('X')
+    plt.ylabel('Y')
+    plt.show()
+
+    # График полиномиальной модели (degree=3)
+    plt.figure(figsize=(10, 6))
+    plt.scatter(X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=poly_predictions, cmap='coolwarm')
+    plt.title('Полиномиальная (degree=3) ds' + str(ds_cnt))
+    plt.xlabel('X')
+    plt.ylabel('Y')
+    plt.show()
+
+    # График гребневой модели (degree=3, alpha=1.0)
+    plt.figure(figsize=(10, 6))
+    plt.scatter(X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=poly_alpha_predictions, cmap='coolwarm')
+    plt.title('Гребневая (degree=3, alpha=1.0) ds' + str(ds_cnt))
+    plt.xlabel('X')
+    plt.ylabel('Y')
+    plt.show()
+
+    # Сравнение качества
+    print('Линейная MSE:', linear_mse)
+    print('Полиномиальная (degree=3) MSE:', poly_mse)
+    print('Гребневая (degree=3, alpha=1.0) MSE:', poly_alpha_mse)
+