simonov_nikita_lab_2

2023-11-06 17:19:53 +04:00 · 2023-11-06 17:19:53 +04:00 · 5746fc2084
commit 5746fc2084
parent b26c54a7e4
2 changed files with 218 additions and 0 deletions
--- a/simonov_nikita_lab_2/lab2.py
+++ b/simonov_nikita_lab_2/lab2.py
@ -0,0 +1,66 @@
+from operator import itemgetter
+import numpy as np
+from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor
+from sklearn.feature_selection import RFE
+from sklearn.linear_model import LinearRegression, Ridge
+from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
+
+np.random.seed(0)
+size = 750
+X = np.random.uniform(0, 1, (size, 14))  # Данные: 750 строк-наблюдений и 14 столбцов-признаков
+
+#Задаем функцию-выход: регрессионную проблему Фридмана
+Y = (10 * np.sin(np.pi * X[:, 0] * X[:, 1]) + 20 * (X[:, 2] - .5) ** 2 +
+     10 * X[:, 3] + 5 * X[:, 4] ** 5 + np.random.normal(0, 1))
+
+X[:, 10:] = X[:, :4] + np.random.normal(0, .025, (size, 4))
+
+ridge = Ridge(alpha=1)
+ridge.fit(X, Y)
+
+lr = LinearRegression()
+lr.fit(X, Y)
+rfe = RFE(lr)
+rfe.fit(X, Y)
+
+rfr = RandomForestRegressor()
+rfr.fit(X, Y)
+
+def rank_ridge_rfr_to_dict(ranks, names):
+    ranks = np.abs(ranks)
+    minmax = MinMaxScaler()
+    ranks = minmax.fit_transform(np.array(ranks).reshape(14, 1)).ravel()
+    ranks = map(lambda x: round(x, 2), ranks)
+    return dict(zip(names, ranks))
+
+def rank_rfe_to_dict(ranks, names):
+    new_ranks = [float(1 / x) for x in ranks]
+    new_ranks = map(lambda x: round(x, 2), new_ranks)
+    return dict(zip(names, new_ranks))
+
+if __name__ == '__main__':
+    names = ["x%s" % i for i in range(1, 15)]
+    ranks = dict()
+
+    ranks["Ridge"] = rank_ridge_rfr_to_dict(ridge.coef_, names)
+    ranks["Recursive Feature Elimination"] = rank_rfe_to_dict(rfe.ranking_, names)
+    ranks["Random Forest Regression"] = rank_ridge_rfr_to_dict(rfr.feature_importances_, names)
+
+    for key, value in ranks.items():
+        ranks[key] = sorted(value.items(), key=itemgetter(1), reverse=True)
+    for key, value in ranks.items():
+        print(key)
+        print(value)
+
+    mean = {}
+    for key, value in ranks.items():
+        for item in value:
+            if item[0] not in mean:
+                mean[item[0]] = 0
+            mean[item[0]] += item[1]
+    for key, value in mean.items():
+        res = value / len(ranks)
+        mean[key] = round(res, 2)
+    mean = sorted(mean.items(), key=itemgetter(1), reverse=True)
+    print("Mean")
+    print(mean)
--- a/simonov_nikita_lab_2/readme.md
+++ b/simonov_nikita_lab_2/readme.md
@ -0,0 +1,152 @@
+# Лабораторная работа №2. Вариант 5.
+
+## Задание
+
+Выполнить ранжирование признаков с помощью указанных по варианту моделей. Отобразить получившиеся значения\оценки каждого признака каждым методом\моделью и среднюю оценку. Провести анализ получившихся результатов.
+
+- Гребневая регрессия (Ridge) 
+- Рекурсивное сокращение признаков (Recursive Feature Elimination – RFE)
+- Сокращение признаков Случайными деревьями (Random Forest)
+
+## Содержание
+- [Лабораторная работа №2. Вариант 5.](#лабораторная-работа-2-вариант-5)
+  - [Задание](#задание)
+  - [Содержание](#содержание)
+  - [Введение](#введение)
+  - [Зависимости](#зависимости)
+  - [Запуск приложения](#запуск-приложения)
+  - [Описание кода](#описание-кода)
+  - [Заключение](#заключение)
+    - [Оценка работы моделей](#оценка-работы-моделей)
+    - [Общий вывод](#общий-вывод)
+
+## Введение
+
+Данный код демонстрирует, как провести анализ важности признаков при помощи различных моделей: гребневой регрессии (Ridge), рекурсивного сокращения признаков (RFE) и случайного леса (Random Forest). Кроме того, код рассчитывает среднюю важность признаков по всем моделям.
+
+## Зависимости
+
+Для работы этого приложения необходимы следующие библиотеки Python:
+
+- Matplotlib
+- scikit-learn
+- NumPy
+
+Вы можете установить их с помощью pip:
+
+```bash
+pip install numpy scikit-learn matplotlib
+```
+
+## Запуск приложения
+
+Чтобы запустить эту программу, выполните следующую команду:
+
+```bash
+python lab2.py
+```
+В консоль выведется резудьтат.
+
+## Описание кода
+
+- Генерируется синтетический набор данных с 750 наблюдениями и 14 признаками.
+
+```python
+np.random.seed(0)
+size = 750
+X = np.random.uniform(0, 1, (size, 14)) 
+```
+
+- Задаем функцию-выход и добавляем зависимость признаков
+
+```python
+Y = (10 * np.sin(np.pi * X[:, 0] * X[:, 1]) + 20 * (X[:, 2] - .5) ** 2 +
+     10 * X[:, 3] + 5 * X[:, 4] ** 5 + np.random.normal(0, 1))
+
+X[:, 10:] = X[:, :4] + np.random.normal(0, .025, (size, 4))
+```
+
+- Для анализа важности признаков используются три разные модели: гребневая регрессия (Ridge), RFE и случайный лес (Random Forest).
+
+```python
+ridge = Ridge(alpha=1)
+ridge.fit(X, Y)
+
+lr = LinearRegression()
+lr.fit(X, Y)
+rfe = RFE(lr)
+rfe.fit(X, Y)
+
+rfr = RandomForestRegressor()
+rfr.fit(X, Y)
+```
+
+- Модели обучаются на данных для оценки важности признаков.
+- Две функции, `rank_ridge_rfr_to_dict` и `rank_rfe_to_dict`, нормализуют и возвращают рейтинги важности признаков в виде словарей.
+
+```python
+def rank_ridge_rfr_to_dict(ranks, names):
+    ranks = np.abs(ranks)
+    minmax = MinMaxScaler()
+    ranks = minmax.fit_transform(np.array(ranks).reshape(14, 1)).ravel()
+    ranks = map(lambda x: round(x, 2), ranks)
+    return dict(zip(names, ranks))
+
+def rank_rfe_to_dict(ranks, names):
+    new_ranks = [float(1 / x) for x in ranks]
+    new_ranks = map(lambda x: round(x, 2), new_ranks)
+    return dict(zip(names, new_ranks))
+```
+
+- В коде рассчитываются и выводятся рейтинги важности признаков для каждой модели и средний рейтинг важности признаков.
+
+
+## Заключение
+
+### Оценка работы моделей
+
+В консоль выводятся оценки значимости признаков каждой модели, а также средние оценки значимости признаков всех моделей
+
+```bash
+Ridge
+[('x4', 1.0), ('x1', 0.98), ('x2', 0.8), ('x14', 0.61), ('x5', 0.54), ('x12', 0.39), ('x3', 0.25), ('x13', 0.19), ('x11', 0.16), ('x6', 0.08), ('x8', 0.07), ('x7', 0.02), ('x10', 
+0.02), ('x9', 0.0)]
+Recursive Feature Elimination
+[('x1', 1.0), ('x2', 1.0), ('x3', 1.0), ('x4', 1.0), ('x5', 1.0), ('x11', 1.0), ('x13', 1.0), ('x12', 0.5), ('x14', 0.33), ('x8', 0.25), ('x6', 0.2), ('x10', 0.17), ('x7', 0.14), 
+('x9', 0.12)]
+Random Forest Regression
+[('x14', 1.0), ('x2', 0.84), ('x4', 0.77), ('x1', 0.74), ('x11', 0.36), ('x12', 0.35), ('x5', 0.28), ('x3', 0.12), ('x13', 0.12), ('x6', 0.01), ('x7', 0.01), ('x8', 0.01), ('x9', 
+0.01), ('x10', 0.0)]
+Mean
+[('x4', 0.92), ('x1', 0.91), ('x2', 0.88), ('x14', 0.65), ('x5', 0.61), ('x11', 0.51), ('x3', 0.46), ('x13', 0.44), ('x12', 0.41), ('x8', 0.11), ('x6', 0.1), ('x7', 0.06), ('x10', 0.06), ('x9', 0.04)]
+```
+
+Модель Ridge:
+
+- Самыми значимыми признаками, оцененными с использованием модели Ridge, являются x4, x1 и x2, обладающие оценками важности близкими к 1.0. Также к значимым можно отнести x5 и x14, которого не должно быть.
+- не был отмечен важный признак x3.
+
+Модель Recursive Feature Elimination:
+
+- Модель RFE довольно точно выделила важные признаки, включая x1, x2, x3, x4 и x5, которые получили оценку важности равную 1.0.
+- Признаки x11 и x13 были ошибочно оценены как важные.
+
+Модель Random Forest Regression:
+
+- Важность признаков с использованием модели Random Forest Regression дает представление о том, как признаки влияют на предсказания модели.Самые важные признаки согласно этой модели включают x14, x2, x4 и x1, но важность x3 и x5 существенно ниже.
+- Модель также ошибочно приписала важность признаку x14.
+
+Средняя оценка:
+
+Средняя оценка важности признаков была рассчитана на основе результатов трех моделей и даёт общее представление об их значимости.
+Наиболее значимыми признаками, в среднем, оказались x1, x2, x4 и x5.
+Важность признака x3 снизилась в среднем, но он все равно остается значимым.
+Признаки x11 и x14 оцениваются как значимые средним образом, хотя это может быть результатом ошибок моделей.
+
+### Общий вывод
+
+- Модель Ridge и метод Recursive Feature Elimination (RFE) совершили по одной ошибке каждая, но RFE не потерял ни одного значимого признака.
+- Модель RandomForestRegressor показала наименьшую точность в оценке значимости признаков, что привело к потере двух значимых признаков и добавлению одного лишнего.  
+- Однако, средняя оценка значимости признаков также содержит три ошибки, как и первая модель.
+
+Исходя из этих результатов, можно заключить, что для ранжирования признаков предпочтительно использовать специализированные инструменты, такие как Recursive Feature Elimination (RFE), вместо оценки коэффициентов признаков в регрессионных моделях.