Merge pull request 'arutunyan_dmitry_lab_5' (#56) from arutunyan_dmitry_lab_5 into main

Reviewed-on: http://student.git.athene.tech/Alexey/IIS_2023_1/pulls/56

arutunyan_dmitry_lab_5/README.md

@@ -0,0 +1,94 @@
+
+## Лабораторная работа 5. Вариант 4.
+### Задание 
+Использовать регрессию по варианту для данных из курсовой работы. Самостоятельно сформулировав задачу. Интерпретировать результаты и оценить, насколько хорошо он подходит для 
+решения сформулированной задачи.
+
+Модель регрессии:
+
+- Гребневая регрессия `Ridge`. 
+
+### Как запустить
+Для запуска программы необходимо с помощью командной строки в корневой директории файлов прокета прописать:
+```
+python main.py
+```
+После этого в папке `static` сгенерируются 2 графика, по которым оценивается результат выполнения программы.
+
+### Используемые технологии
+- Библиотека `numpy`, используемая для обработки массивов данных и вычислений
+- Библиотека `pyplot`, используемая для построения графиков.
+- Библиотека `pandas`, используемая для работы с данными для анализа scv формата.
+- Библиотека `sklearn` - большой набор функционала для анализа данных. Из неё были использованы инструменты:
+    - `Ridge` - инструмент работы с моделью "Гребневая регрессия"
+    - `metrics` - набор инструменов для оценки моделей
+
+`Ridge` - это линейная регрессионная модель с регуляризацией L2, которая может быть использована для решения задачи регрессии.
+
+### Описание работы
+#### Описание набора данных
+Набор данных - набор для определения возможности наличия ССЗ заболеваний у челоека
+
+Названия столбцов набора данных и их описание:
+
+ * HeartDisease - Имеет ли человек ССЗ (No / Yes),
+ * BMI - Индекс массы тела человека (float),
+ * Smoking - Выкурил ли человек хотя бы 5 пачек сигарет за всю жизнь (No / Yes),
+ * AlcoholDrinking - Сильно ли человек употребляет алкоголь (No / Yes),
+ * Stroke - Был ли у человека инсульт (No / Yes),
+ * PhysicalHealth - Сколько дней за последний месяц человек чувствовал себя плохо (0-30),
+ * MentalHealth - Сколько дней за последний месяц человек чувствовал себя удручённо (0-30),
+ * DiffWalking - Ииспытывает ли человек трудности при ходьбе (No / Yes),
+ * Sex - Пол (female, male),
+ * AgeCategory - Возрастная категория (18-24, 25-29, 30-34, 35-39, 40-44, 45-49, 50-54, 55-59, 60-64, 65-69, 70-74, 75-79, 80 or older),
+ * Race - Национальная принадлежность человека (White, Black, Hispanic, American Indian/Alaskan Native, Asian, Other),
+ * Diabetic - Был ли у человека диабет (No / Yes),
+ * PhysicalActivity - Занимался ли человек спротом за последний месяц (No / Yes),
+ * GenHealth - Общее самочувствие человека (Excellent, Very good, Good, Fair, Poor),
+ * SleepTime - Сколько человек в среднем спит за 24 часа (0-24),
+ * Asthma - Была ли у человека астма (No / Yes),
+ * KidneyDisease - Было ли у человека заболевание почек (No / Yes),
+ * SkinCancer - Был ли у человека рак кожи (No / Yes).
+
+Ссылка на страницу набора на kuggle: [Indicators of Heart Disease](https://www.kaggle.com/datasets/kamilpytlak/personal-key-indicators-of-heart-disease/data)
+
+#### Формулировка задачи
+Поскольку модель гребневой регрессии используется для решения задачи регресси, то попробуем на ней предсказать поведение параметров при обучении на всех признаках, и на значимых признаках, найденных ранее в лабораторной №3. Сформулируем задачу:
+> "Решить задачу предсказания с помощью моделей гребневой регрессии, обученных на всех признаках и только на значимых признаках. Сравнить результаты работы моделей"
+
+#### Решение задачи предсказания
+
+Создадим два обучающих модуля. В 1й включим все признаки. Разделим даныые на выборки. Пусть обучающая выборка будет 99% данных, а тестовая - 1% соответсвенно:
+```python
+x_train = df.drop("HeartDisease", axis=1).iloc[0:round(len(df) / 100 * 99)]
+y_train = df["HeartDisease"].iloc[0:round(len(df) / 100 * 99)]
+x_test = df.drop("HeartDisease", axis=1).iloc[round(len(df) / 100 * 99):len(df)]
+y_test = df["HeartDisease"].iloc[round(len(df) / 100 * 99):len(df)]
+```
+Тогда во 2м модуле используем только признаки, названные значимыми в 3й лабораторной, а именно:
+ * BMI
+ * SleepTime
+ * PhysicalHealth
+ * GenHealth
+ * MentalHealth
+ * AgeCategory
+ * Race
+ * PhysicalActivity
+
+Обучим две модели гребневой регнессии на данных из разных модулей. Решим задачу предсказания, найдём ошибки и построим графики.
+
+График решения задачи предсказания моделью гребневой регрессии с использованием всех признаков:
+
+![](all.png "")
+
+График решения задачи предсказания моделью гребневой регрессии с использованием значимых признаков:
+
+![](imp.png "")
+
+### Вывод
+Согласно графиком, среднеквадратическая ошибка обеих моделей достаточна низкая. что свидетельствует достаточно точному соответствию истиных и полученных значений, однако коэффициент детерминации моделей имеет очень низкое значение, что свидетельствует практически полному непониманию модели зависимостей в данных.
+> **Note**
+>
+> Модель `Ridge` имеет коэффициент регуляризации `alpha`, который помогает избавиться модели от переобучения, однако даже при стандартном его значении в единицу, модель показывает очень низкий коэффициент детерминации, поэтому варьирование его значения не принесёт никаких результатов.
+
+Исходя из полученных результатов можно сделать вывод, что модель гребневой регрессии неприменима к данному набору данных.

arutunyan_dmitry_lab_5/main.py

@@ -0,0 +1,65 @@
+import pandas as pd
+import numpy as np
+from matplotlib import pyplot as plt
+from sklearn import metrics
+from sklearn.linear_model import Ridge
+
+filein = "P:\\ULSTU\\ИИС\\Datasets\\heart_2020_norm.csv"
+
+
+# Метод решения задачи предсказания на всех признаках данных
+def ridge_all():
+    df = pd.read_csv(filein, sep=',')
+
+    x_train = df.drop("HeartDisease", axis=1).iloc[0:round(len(df) / 100 * 99)]
+    y_train = df["HeartDisease"].iloc[0:round(len(df) / 100 * 99)]
+    x_test = df.drop("HeartDisease", axis=1).iloc[round(len(df) / 100 * 99):len(df)]
+    y_test = df["HeartDisease"].iloc[round(len(df) / 100 * 99):len(df)]
+
+    rid = Ridge(alpha=1.0)
+    rid.fit(x_train.values, y_train.values)
+    y_predict = rid.predict(x_test.values)
+    err = pred_errors(y_predict, y_test.values)
+    make_plots(y_test.values, y_predict, err[0], err[1], "Гребневая регрессия (все признаки)")
+
+
+# Метод решения задачи предсказания на значимых признаках данных
+def ridge_valuable():
+    df = pd.read_csv(filein, sep=',')
+
+    x_train = df[["BMI", "PhysicalHealth", "MentalHealth", "AgeCategory", "Race",
+                  "PhysicalActivity", "GenHealth", "SleepTime", ]].iloc[0:round(len(df) / 100 * 99)]
+    y_train = df["HeartDisease"].iloc[0:round(len(df) / 100 * 99)]
+    x_test = df[["BMI", "PhysicalHealth", "MentalHealth", "AgeCategory", "Race",
+                 "PhysicalActivity", "GenHealth", "SleepTime", ]].iloc[round(len(df) / 100 * 99):len(df)]
+    y_test = df["HeartDisease"].iloc[round(len(df) / 100 * 99):len(df)]
+
+    rid = Ridge(alpha=1.0)
+    rid.fit(x_train.values, y_train.values)
+    y_predict = rid.predict(x_test.values)
+    err = pred_errors(y_predict, y_test.values)
+    make_plots(y_test.values, y_predict, err[0], err[1], "Гребневая регрессия (значимые признаки)")
+
+
+# Метод рассчёта ошибок
+def pred_errors(y_predict, y_test):
+    mid_square = np.round(np.sqrt(metrics.mean_squared_error(y_test, y_predict)),3)            # Рассчёт среднеквадратичной ошибки модели
+    det_kp = np.round(metrics.r2_score (y_test, y_predict), 2)                                 # Рассчёт коэфициента детерминации модели
+    return mid_square, det_kp
+
+
+# Метод отрисовки графиков
+def make_plots(y_test, y_predict, mid_sqrt, det_kp, title):
+        plt.plot(y_test, c="red", label="\"y\" исходная")                                # Создание графика исходной функции
+        plt.plot(y_predict, c="green", label="\"y\" предсказанная \n"
+                                                  "Ср^2 = " + str(mid_sqrt) + "\n"
+                                                  "Кд = " + str(det_kp))                       # Создание графика предсказанной функции
+        plt.legend(loc='lower left')
+        plt.title(title)
+        plt.savefig('static/' + title + '.png')
+        plt.close()
+
+
+if __name__ == '__main__':
+    ridge_all()
+    ridge_valuable()