【Stanford|斯坦福-機器學習:線性迴歸-單特徵梯度下降+動態圖】python3實現
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# coding=utf-8 # 線性迴歸-單特徵梯度下降練習 from numpy import * import matplotlib.pyplot as plt from matplotlib import animation import numpy as np # 【1】特徵縮放 X:=[X-mean(X)]/std(X) || X:=[X-min(X)]/max(X)-min(X) ; def feature_scaling(data_set): # 特徵縮放參數 max_value = data_set.max(0) min_value = data_set.min(0) # avg_value = (min_value + max_value)/2 diff_value = max_value - min_value norm_data_set = zeros(shape(data_set)) # 初始化與data_set結構一樣的零array m = data_set.shape[0] norm_data_set = data_set - tile(min_value, (m, 1)) # avg_value norm_data_set = norm_data_set/tile(diff_value, (m, 1)) return norm_data_set, diff_value, min_value # def hy(theta, x_sample): # # hypothsis = theta0 + theta1 * x1 + theta2 * x2 ..... # temp = [thetai * xi for thetai, xi in zip(theta, x_sample)] # result = sum(temp) # return result def create_hy(θ1, θ0): return lambda xi: θ1*xi + θ0 # 【2】梯度下降 hypothsis = theta0 + theta1 * x1 + theta2 * x2 ..... # α=0.001 0.01 0.03 0.1 0.3 1 3 10 def step_gradient(xa, ya, α=0.001, variance=0.00001): # init the parameters to zero θ0_temp = θ1_temp = 1. θ0_last = θ1_last = 100. reduction = 1 # 迴圈 while reduction > variance: hypothesis = create_hy(θ1_temp, θ0_temp) m = len(xa) # 計算θ0、θ1 θ0_temp -= α * (1./2) * sum([hypothesis(xa[i]) - ya[i] for i in range(m)]) θ1_temp -= α * (1./2) * sum([(hypothesis(xa[i]) - ya[i]) * xa[i] for i in range(m)]) # 儲存梯度下降過程theta0,theta1 theta.append((θ0_temp, θ1_temp)) # 畫線 reduction = min(abs(θ0_temp - θ0_last), abs(θ1_temp - θ1_last)) θ0_last = θ0_temp θ1_last = θ1_temp return θ0_temp, θ1_temp, theta # 主方法 if __name__ == "__main__": # 開啟訓練集檔案 f = open(r"F:\Users\Share\python\data.csv", "r") rows = f.readlines() # 設訓練集為房屋價格 x1 = [] # 房屋大小 平方米 x∈(25,71) avg=48 y1 = [] # 房屋價格 萬 y∈(30,120) avg=75 # 轉列表儲存 for row in [value.split(",") for value in rows]: x1.append(float(row[0])) y1.append(float(row[1])) # 關閉開啟的檔案 f.close() # 特徵縮放 # x, y = feature_scaling1(x1, y1) x, diff_x, min_x = feature_scaling(np.array(x1)) y, diff_y, min_y = feature_scaling(np.array(y1)) theta = [] # 線性迴歸:單特徵梯度下降 t0, t1, thetaArr = step_gradient(x.tolist()[0], y.tolist()[0]) print("Final result: theta0_guess:%f theta1_guess:%f" % (t0, t1)) # 繪圖 fig = plt.figure() # ax = plt.axes(xlim=(-0.6, 0.6), ylim=(-0.6, 0.6)) ax = plt.axes(xlim=(-0.5, 1.5), ylim=(-0.5, 1.2)) line, = ax.plot([], [], color='m', linewidth=2) label = ax.text([], [], '') # 初始化動畫節點 def init(): line.set_data([], []) plt.plot(x, y, 'bo') plt.title('house detail') plt.xlabel('size') plt.ylabel('price') return line xx = [-0.55, 0.0, 0.34, 0.78] # 畫線點 # 動畫迴圈 def animate(i): global ax, line, label yy = [] θ = thetaArr[i] for xxi in xx: yy.append(θ[0]+xxi*θ[1]) line.set_data(xx, yy) label.set_position([θ[0], θ[1]]) return line, label # animation動態記錄 anim = animation.FuncAnimation(fig, animate, init_func=init, frames=len(theta), interval=1000, repeat=True) # 要儲存gif 調小frames引數 anim.save('D:\MeetYou\Learning\MachineLearning\GradientDescent\GradientDescent.gif' , writer='imagemagick', fps=1) plt.show()
總結:
從以上python實現示例可以看出:- 批梯度下降的收斂速度會比較慢;
- 必要的特徵縮放;
- 必要的animation動圖,讓你更瞭解梯度下降過程。
--------------------------------------------我是分割線-------------------------------------------- 高峰屹立,積跬步,行不止。
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