sklearn和keras的資料切分與交叉驗證的例項詳解

阿新 • • 發佈：2020-06-19

在訓練深度學習模型的時候，通常將資料集切分為訓練集和驗證集．Keras提供了兩種評估模型效能的方法：

使用自動切分的驗證集

使用手動切分的驗證集

一．自動切分

在Keras中，可以從資料集中切分出一部分作為驗證集，並且在每次迭代(epoch)時在驗證集中評估模型的效能．

具體地，呼叫model.fit()訓練模型時，可通過validation_split引數來指定從資料集中切分出驗證集的比例．

# MLP with automatic validation set
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
import numpy
# fix random seed for reproducibility
numpy.random.seed(7)
# load pima indians dataset
dataset = numpy.loadtxt("pima-indians-diabetes.csv",delimiter=",")
# split into input (X) and output (Y) variables
X = dataset[:,0:8]
Y = dataset[:,8]
# create model
model = Sequential()
model.add(Dense(12,input_dim=8,activation='relu'))
model.add(Dense(8,activation='relu'))
model.add(Dense(1,activation='sigmoid'))
# Compile model
model.compile(loss='binary_crossentropy',optimizer='adam',metrics=['accuracy'])
# Fit the model
model.fit(X,Y,validation_split=0.33,epochs=150,batch_size=10)

validation_split：0~1之間的浮點數，用來指定訓練集的一定比例資料作為驗證集。驗證集將不參與訓練，並在每個epoch結束後測試的模型的指標，如損失函式、精確度等。

注意，validation_split的劃分在shuffle之前，因此如果你的資料本身是有序的，需要先手工打亂再指定validation_split，否則可能會出現驗證集樣本不均勻。

二．手動切分

Keras允許在訓練模型的時候手動指定驗證集．

例如，用sklearn庫中的train_test_split()函式將資料集進行切分，然後在keras的model.fit()的時候通過validation_data引數指定前面切分出來的驗證集．

# MLP with manual validation set
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
from sklearn.model_selection import train_test_split
import numpy
# fix random seed for reproducibility
seed = 7
numpy.random.seed(seed)
# load pima indians dataset
dataset = numpy.loadtxt("pima-indians-diabetes.csv",8]
# split into 67% for train and 33% for test
X_train,X_test,y_train,y_test = train_test_split(X,test_size=0.33,random_state=seed)
# create model
model = Sequential()
model.add(Dense(12,metrics=['accuracy'])
# Fit the model
model.fit(X_train,validation_data=(X_test,y_test),batch_size=10)

三．K折交叉驗證（k-fold cross validation）

將資料集分成k份，每一輪用其中(k-1)份做訓練而剩餘1份做驗證，以這種方式執行k輪，得到k個模型．將k次的效能取平均，作為該演算法的整體效能．k一般取值為5或者10．

優點：能比較魯棒性地評估模型在未知資料上的效能．

缺點：計算複雜度較大．因此，在資料集較大，模型複雜度較高，或者計算資源不是很充沛的情況下，可能不適用，尤其是在訓練深度學習模型的時候．

sklearn.model_selection提供了KFold以及RepeatedKFold,LeaveOneOut,LeavePOut,ShuffleSplit,StratifiedKFold,GroupKFold,TimeSeriesSplit等變體．

下面的例子中用的StratifiedKFold採用的是分層抽樣，它保證各類別的樣本在切割後每一份小資料集中的比例都與原資料集中的比例相同．

# MLP for Pima Indians Dataset with 10-fold cross validation
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
from sklearn.model_selection import StratifiedKFold
import numpy
# fix random seed for reproducibility
seed = 7
numpy.random.seed(seed)
# load pima indians dataset
dataset = numpy.loadtxt("pima-indians-diabetes.csv",8]
# define 10-fold cross validation test harness
kfold = StratifiedKFold(n_splits=10,shuffle=True,random_state=seed)
cvscores = []
for train,test in kfold.split(X,Y):
 # create model
  model = Sequential()
  model.add(Dense(12,activation='relu'))
  model.add(Dense(8,activation='relu'))
  model.add(Dense(1,activation='sigmoid'))
  # Compile model
  model.compile(loss='binary_crossentropy',metrics=['accuracy'])
  # Fit the model
  model.fit(X[train],Y[train],batch_size=10,verbose=0)
  # evaluate the model
  scores = model.evaluate(X[test],Y[test],verbose=0)
  print("%s: %.2f%%" % (model.metrics_names[1],scores[1]*100))
  cvscores.append(scores[1] * 100)
print("%.2f%% (+/- %.2f%%)" % (numpy.mean(cvscores),numpy.std(cvscores)))

補充知識：訓練集，驗證集和測試集

訓練集：通過最小化目標函式（損失函式 + 正則項），用來訓練模型的引數。當目標函式最小化時，完成對模型的訓練。

驗證集：用來選擇模型的階數。目標函式最小的模型對應的階數，為模型的最終選擇的階數。

注：

1. 驗證集會在訓練過程中，反覆使用，機器學習中作為選擇不同模型的評判標準，深度學習中作為選擇網路層數和每層節點數的評判標準。

2. 驗證集的使用並非必不可少，如果網路的層數和節點數已經確定，則不需要這一步操作。

測試集：評估模型的泛化能力。根據選擇的已經訓練好的模型，評估它的泛化能力。

注：

測試集評判的是最終訓練好的模型的泛化能力，只進行一次評判。

以上這篇sklearn和keras的資料切分與交叉驗證的例項詳解就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支援我們。