Merge pull request 'alexandrov_dmitrii_lab_1 - Первая лабораторная работа Александров ПИбд-42' (#6) from alexandrov_dmitrii_lab_1 into main

Reviewed-on: http://student.git.athene.tech/Alexey/IIS_2023_1/pulls/6

alexandrov_dmitrii_lab_1/lab1.py

@@ -0,0 +1,56 @@
+import random
+from matplotlib import pyplot as plt
+from matplotlib.colors import ListedColormap
+from sklearn.datasets import make_moons
+from sklearn.linear_model import LinearRegression, Ridge
+from sklearn.model_selection import train_test_split
+from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
+from sklearn.pipeline import Pipeline
+
+rs = random.randrange(50)
+
+X, y = make_moons(n_samples=250, noise=0.3, random_state=rs)
+X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.4, random_state=42)
+
+figure = plt.figure(1, figsize=(16, 9))
+axis = figure.subplots(4, 3)
+cm = ListedColormap(['#FF0000', "#0000FF"])
+arr_res = list(range(len(y_test)))
+X_scale = list(range(len(y_test)))
+
+
+def test(col, model):
+    global axis
+    global arr_res
+    global X_test
+    global X_train
+    global y_train
+    global y_test
+
+    model.fit(X_train, y_train)
+    res_y = model.predict(X_test)
+    print(model.score(X_test, y_test))
+
+    axis[0, col].scatter(X_train[:, 0], X_train[:, 1], c=y_train, cmap=cm)
+    axis[1, col].scatter(X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=y_test, cmap=cm)
+    axis[2, col].scatter(X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=y_test, cmap=cm)
+    axis[2, col].scatter(X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=res_y, cmap=cm)
+    axis[3, col].plot([i for i in range(len(res_y))], y_test, c="g")
+    axis[3, col].plot([i for i in range(len(res_y))], res_y, c="r")
+
+
+def start():
+    lin = LinearRegression()
+    poly = Pipeline([('poly', PolynomialFeatures(degree=3)),
+                     ('linear', LinearRegression())])
+    ridge = Pipeline([('poly', PolynomialFeatures(degree=3)),
+                      ('ridge', Ridge(alpha=1.0))])
+
+    test(0, lin)
+    test(1, poly)
+    test(2, ridge)
+
+    plt.show()
+
+
+start()

alexandrov_dmitrii_lab_1/readme.md

@@ -0,0 +1,46 @@
+## Задание
+Сгенерировать определенный тип данных и сравнить на нем 3 модели. Построить графики, отобразить качество моделей, объяснить полученные результаты.
+Вариант 1.
+Данные: make_moons (noise=0.3, random_state=rs)
+Модели:
+· Линейная регрессия
+· Полиномиальная регрессия (со степенью 3)
+· Гребневая полиномиальная регрессия (со степенью 3, alpha = 1.0) 
+
+### Запуск программы
+Файл lab1.py содержит и запускает программу, аргументов и настройки ~~вроде~~ не требует, 
+
+### Описание программы
+Генерирует один из 50 наборов данных, показывает окно с графиками и пишет оценку моделей обучения по заданию. 
+Использует библиотеки matplotlib для демонстрации графиков и sklearn для создания и использования моделей. 
+
+### Результаты тестирования
+Для различных значений rs результаты следующие:
+значение - линейная - полиномиальная - гребневая полиномиальная
+1 - 0.54 - 0.08 - 0.35
+2 - 0.62 - 0.58 - 0.63
+3 - 0.6 - 0.67 - 0.65
+4 - 0.52 - 0.46 - 0.5
+5 - 0.4 - 0.42 - 0.44
+Из данных результатов можно заключить, что чёткой зависимости точности от выбранной модели нет.
+
+Однако, после этого я добавил в генератор данных число значений: 500. Результаты оказались более детерминированными:
+значение - линейная - полиномиальная - гребневая полиномиальная
+1 - 0.54 - 0.63 - 0.63
+2 - 0.52 - 0.63 - 0.62
+3 - 0.56 - 0.64 - 0.64
+4 - 0.5 - 0.63 - 0.62
+5 - 0.5 - 0.52 - 0.53
+Из данных результатов можно заключить, что в общем случае модель линейной регрессии уступает полиномиальным. Гребневая полиномиальная регрессия чаще уступала обычной полиномиальной, однако в незначительном количестве ситуаций была оценена выше - но во всех случаях результаты были близки, поэтому можно с уверенностью предположить, что результаты идентичны и различаются по воле шума обучения.
+
+После изучения число значений в генераторе заменено на 250, поскольку графики становились неразличимыми^
+значение - линейная - полиномиальная - гребневая полиномиальная
+1 - 0.48 - 0.54 - 0.54
+2 - 0.5 - 0.56 - 0.56
+3 - 0.57 - 0.6 - 0.6
+4 - 0.57 - 0.66 - 0.68
+5 - 0.49 - 0.54 - 0.55
+По данным результатам видно, что в большинстве ситуаций уже гребневая полиномиальная регрессия показывает лучшую точность.
+
+Результаты объясняются следующим образом: 
+Линейная регрессия будучи математически прямой плохо отражает сложные функции и нелинейные зависимости, в то время как полиномиальная регрессия способна отражать перегибы и изменяющиеся в зависимости от меры значений зависимости. Гребневая полиномиальная вышла идентичной простой полиномиальной из-за одинаковых настроек - обе они по заданию имеют третью степень, а гребневая регрессия имеет слишком малый параметр alpha, что результирует в малом эффекте гребневой функции.