antonov_dmitry_lab_2/README.md

@@ -2,8 +2,7 @@
 
 Ранжирование признаков
 
-Используя код из (пункт «Решение задачи ранжирования признаков», стр. 205), 
+Выполните ранжирование признаков с помощью указанных по варианту моделей. 
-выполните ранжирование признаков с помощью указанных по варианту моделей. 
 Отобразите получившиеся значения\оценки каждого признака каждым методом\моделью и среднюю оценку. 
 Проведите анализ получившихся результатов. 
 Какие четыре признака оказались самыми важными по среднему значению? 
@@ -11,94 +10,75 @@
 
 # Вариант 3
 
-Данные: make_classification (n_samples=500, n_features=2,
+Линейная регрессия (LinearRegression) , Сокращение признаков
-n_redundant=0, n_informative=2, random_state=rs, n_clusters_per_class=1)
+Случайными деревьями (Random Forest Regressor), Линейная корреляция
+(f_regression)
+
+Я использовал датасет Predict students' dropout and academic success
+https://www.kaggle.com/datasets/thedevastator/higher-education-predictors-of-student-retention
+Он используется мной по заданию на курсовую работу
 
 # Запуск
 
-Выполнением скрипта файла (вывод в консоль + рисует графики).
+Выполнением скрипта файла (вывод в консоль).
 
 # Модели:
 
-1. Линейная регрессия
+1. Линейная регрессия (LinearRegression)
-1. Полиномиальная регрессия (со степенью 3)
+1. Сокращение признаков cлучайными деревьями (Random Forest Regressor)
-1. Гребневая полиномиальная регрессия (со степенью 3, alpha = 1.0)
+1. Линейная корреляция (f_regression)
 
-# Графики
+# Пояснения
 
 <div>
-Качество каждой модели может быть оценено на основе среднеквадратичной ошибки (MSE). 
+Выбор наиболее подходящего метода ранжирования объектов зависит от специфики набора данных и требований 
-Более низкая MSE указывает на лучшее соответствие данным. 
+к модели.
-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.
+Линейная регрессия - это простой и понятный метод, который может быть использован для предсказания значений.
-Это хорошо работает, когда взаимосвязь линейна, а шум в наборе данных минимален.
+Он хорошо работает, если зависимость между переменными является линейной. 
-Лучше всего сработала на наборе лун. Хуже всего на кругах.
+Однако, если данные содержат сложные нелинейные зависимости, линейная регрессия может 
-На линейном наборе показала себя на равне с остальными.
+оказаться не очень эффективной.
 
-Полиномиальная и гребневая показали примерно одинаково на всех наборах.
+Уменьшение признаков с помощью случайных деревьев (Random Forest Regressor) - это мощный метод, 
+который способен обрабатывать сложные взаимосвязи в данных, даже если они нелинейные. 
+Он основан на идее создания ансамбля деревьев решений, каждое из которых дает свой голос за 
+наиболее подходящий ответ. Случайные леса обычно дают хорошие результаты и являются устойчивыми 
+к переобучению.
 
-Полиномиальная регрессия (степень=3):
+Линейная корреляция или f_regression - это статистический метод, который используется для измерения 
-Полиномиальная регрессия обеспечивает более гибкую подгонку за счет полинома более высокого порядка(кубическая кривая).
+степени связи между двумя переменными. Он может помочь определить, есть ли вообще связь между переменными, 
-Она может выявить более сложные взаимосвязи между объектами и целевой переменной.
+но не подходит для ранжирования объектов.
-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>
+### 4 самых важных признака в среднем:
-    <div>Набор лун (moon_dataset)</div>
+1. Признак: Curricular units 2nd sem (approved), Оценка: 0.8428
-    <img src="screens/myplot1.png" width="650" title="датасет 1">
+2. Признак: Tuition fees up to date, Оценка: 0.4797
-</p>
+3. Признак: Curricular units 1st sem (approved), Оценка: 0.2986
-<p>
+4. Признак: Curricular units 2nd sem (grade), Оценка: 0.2778
-    <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>
+### 4 самых важных для lr_scores линейной регрессии:
-    <div>Набор кругов (circles_dataset)</div>
+1. 0.3917 'Tuition fees up to date'
-    <img src="screens/myplot5.png" width="650" title="датасет 2">
+2. 0.2791 'International'
-</p>
+3. 0.2075 'Curricular units 2nd sem (approved)'
-<p>
+4. 0.1481 'Debtor'
-  <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>
+### 4 самых важных для rf_scores рандом forests:
-    <div>Набор линейный (linearly_dataset)</div>
+1. 0.4928 'Curricular units 2nd sem (approved)'
-    <img src="screens/myplot9.png" width="650" title="датасет 3">
+2. 0.061 'Tuition fees up to date'
-</p>
+3. 0.0458 'Curricular units 2nd sem (grade)'
-<p>
+4. 0.0308 'Curricular units 1st sem (grade)'
-    <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>
 
+### 4 самых важных для f_regression:
+1. 2822.104 'Curricular units 2nd sem (approved)'
+2. 2093.3315 'Curricular units 2nd sem (grade)'
+3. 1719.4229 'Curricular units 1st sem (approved)'
+4. 1361.6144 'Curricular units 1st sem (grade)'
+
+### Объяснение:
 <div>
-Итоговая модель подбирается учитывая зависимость в данных,
+В общем, выбор между линейной регрессией и случайными лесами зависит от характеристик данных. 
-как правило полиномиальная регрессия справляется лучше, а коэф регуляризации в гребневой регрессии помогает избежать
+Если данные имеют линейную зависимость, то линейная регрессия будет предпочтительнее.
-переобучения.
+Если данные содержат сложные, возможно нелинейные взаимосвязи, то Random Forest может быть лучшим выбором. 
+В любом случае, важно провести предварительное исследование данных и тестирование различных моделей, 
+чтобы выбрать наиболее подходящую.
 </div>

antonov_dmitry_lab_2/example.py

@@ -1,50 +0,0 @@
-import numpy as np
-from sklearn.datasets import make_regression
-from sklearn.feature_selection import RFECV, f_regression
-from sklearn.linear_model import LinearRegression
-from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor
-
-# генерируем исходные данные: 100 строк-наблюдений и 10 столбцов-признаков
-X, y = make_regression(n_samples=100, n_features=10, random_state=42)
-
-# линейная модель
-linear_reg = LinearRegression()
-linear_reg.fit(X, y)
-linear_ranking_lr = np.abs(linear_reg.coef_)
-
-# cокращение признаков cлучайными деревьями (Random Forest Regressor)
-rf_reg = RandomForestRegressor()
-rfecv = RFECV(estimator=rf_reg)
-rfecv.fit(X, y)
-rfecv_ranking = rfecv.ranking_
-
-# линейная корреляция (f_regression)
-f_reg, _ = f_regression(X, y)
-linear_corr_ranking = f_reg
-
-# ранжирование признаков и вычисление средней оценки
-all_rankings = np.vstack((linear_ranking_lr, rfecv_ranking, linear_corr_ranking))
-average_ranking = np.mean(all_rankings, axis=0)
-
-# средние показатели четырех наиболее важных характеристик
-most_important_indices = np.argsort(average_ranking)[-4:]
-
-# результаты
-print("ранги линейной модели:")
-print(linear_ranking_lr)
-print("")
-
-print("ранги после сокращения признаков Random Forest:")
-print(rfecv_ranking)
-print("")
-
-print("ранги линейнейной корреляции (f_regression):")
-print(linear_corr_ranking)
-print("")
-
-print("ранги по средней оценке:")
-print(average_ranking)
-print("")
-
-print("4 выделенных главных признака:")
-print(most_important_indices)

antonov_dmitry_lab_2/lab2.py

@@ -1,71 +1,106 @@
-from operator import itemgetter
-
-from sklearn.feature_selection import f_regression
-from sklearn.linear_model import LinearRegression, Ridge, Lasso
-from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
 import numpy as np
+import pandas as pd
+from sklearn.model_selection import train_test_split
+from sklearn.linear_model import LinearRegression
+from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor
+from sklearn.feature_selection import f_regression
+from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
 
-# генерируем исходные данные: 750 строк-наблюдений и 14 столбцов-признаков
+# загрузка dataset
-np.random.seed(0)
+data = pd.read_csv('dataset.csv')
-size = 750
-X = np.random.uniform(0, 1, (size, 14))
-# 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))
-# Добавляем зависимость признаков
-X[:, 10:] = X[:, :4] + np.random.normal(0, .025, (size, 4))
 
-# линейная модель
+# разделение dataset на тренировочную и тестовую выборки
+X = data.drop(['Target'], axis=1)
+y = data['Target']
+
+X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)
+
+# Тренировка моделей
+# Линейная регрессия
 lr = LinearRegression()
-lr.fit(X, Y)
+lr.fit(X_train, y_train)
-# гребневая модель
-ridge = Ridge(alpha=7)
-ridge.fit(X, Y)
-# Лассо
-lasso = Lasso(alpha=.05)
-lasso.fit(X, Y)
 
-names = ["x%s" % i for i in range(1, 15)]
+# Сокращение признаков случайными деревьями с помощью Random Forest Regressor
+rf = RandomForestRegressor()
+rf.fit(X_train, y_train)
+
+# Ранжирование признаков использую каждую модель/метод
+# Получение абсолютных значений коэффициентов в качестве оценок важности признаков
+lr_scores = abs(lr.coef_)
+
+# Получение оценок важности объектов из модели Random Forest Regressor
+rf_scores = rf.feature_importances_
+
+# Отображение итоговых оценок по каждой колонке
+feature_names = X.columns.tolist()
+
+# показать оценки рангов по модели линейной регрессии
+print("оценки линейной регрессии:")
+for feature, score in zip(feature_names, lr_scores):
+    print(f"{feature}: {round(score, 4)}")
+
+# оценки метода рандомных лесов
+print("\nоценки Random Forest:")
+for feature, score in zip(feature_names, rf_scores):
+    print(f"{feature}: {round(score, 4)}")
+
+# вычисление значений оценки для f_regression
+f_scores, p_values = f_regression(X, y)
+
+# оценки f_regression
+print("\nоценки f_regression:")
+for feature, score in zip(feature_names, f_scores):
+    print(f"{feature}: {round(score, 4)}")
+
+# использую MinMaxScaler для точных средних значений рангов
+scaler = MinMaxScaler()
+lr_scores_scaled = scaler.fit_transform(lr_scores.reshape(-1, 1)).flatten()
+rf_scores_scaled = scaler.fit_transform(rf_scores.reshape(-1, 1)).flatten()
+f_scores_scaled = scaler.fit_transform(f_scores.reshape(-1, 1)).flatten()
+
+# вычисление средних оценок для каждого признака
+average_scores = {}
+for feature in feature_names:
+    average_scores[feature] = (lr_scores_scaled[feature_names.index(feature)] +
+                              rf_scores_scaled[feature_names.index(feature)] +
+                              f_scores_scaled[feature_names.index(feature)]) / 3
+
+# получаем среднюю оценку признаков
+sorted_features = sorted(average_scores.items(), key=lambda x: x[1], reverse=True)
+
+# получаем самых важных признака
+top_4_features = sorted_features[:4]
+
+# отображаем 4 самые важные
+print("\n4 самых важных признака в среднем:")
+for feature, score in top_4_features:
+    print(f"Признак: {feature}, Оценка: {round(score, 4)}")
 
 
-def rank_to_dict(ranks, names):
+# отображаем самых важных признака для каждого метода/модели
-    ranks = np.abs(ranks)
+top_lr_indices = np.argsort(lr_scores)[-4:][::-1]
-    minmax = MinMaxScaler()
+top_rf_indices = np.argsort(rf_scores)[-4:][::-1]
-    ranks = minmax.fit_transform(np.array(ranks).reshape(14, 1)).ravel()
+top_f_indices = np.argsort(f_scores)[-4:][::-1]
-    ranks = map(lambda x: round(x, 2), ranks)
-    return dict(zip(names, ranks))
 
+top_lr_features = [feature_names[i] for i in top_lr_indices]
+top_rf_features = [feature_names[i] for i in top_rf_indices]
+top_f_features = [feature_names[i] for i in top_f_indices]
 
-ranks = {}
+top_lr_features_score = [lr_scores[i] for i in top_lr_indices]
-ranks["Linear reg"] = rank_to_dict(lr.coef_, names)
+top_rf_features_score = [rf_scores[i] for i in top_rf_indices]
-ranks["Ridge"] = rank_to_dict(ridge.coef_, names)
+top_f_features_score = [f_scores[i] for i in top_f_indices]
-ranks["Lasso"] = rank_to_dict(lasso.coef_, names)
 
-# Создаем пустой список для данных
+print("\n4 самых важных для lr_scores:")
-mean = {}
+print(top_lr_features)
-# «Бежим» по списку ranks
+for i in top_lr_features_score:
-for key, value in ranks.items():
+    print(round(i, 4))
-    # «Пробегаемся» по списку значений ranks, которые являются парой имя:оценка
-    for item in value.items():
-        # имя будет ключом для нашего mean
-        # если элемента с текущим ключем в mean нет - добавляем
-        if item[0] not in mean:
-            mean[item[0]] = 0
-    # суммируем значения по каждому ключу-имени признака
-            mean[item[0]] += item[1]
-    # находим среднее по каждому признаку
-for key, value in mean.items():
-    res = value / len(ranks)
-    mean[key] = round(res, 2)
-# сортируем и распечатываем список
-mean = sorted(mean.items(), key=itemgetter(1), reverse=True)
-print("MEAN")
-print(mean)
 
-for key, value in ranks.items():
+print("\n4 самых важных для rf_scores:")
-    ranks[key] = sorted(value.items(), key=itemgetter(1), reverse=True)
+print(top_rf_features)
-for key, value in ranks.items():
+for i in top_rf_features_score:
-    print(key)
+    print(round(i, 4))
-    print(value)
 
-f, pval = f_regression(X, Y, center=True)
+print("\n4 самых важных для f_scores:")
+print(top_f_features)
+for i in top_f_features_score:
+    print(round(i, 4))