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天池&DataWhale:Task05:模型融合

2020-09-29 15:58:26 後端開發

天池&DataWhale:Task05:模型融合


專案地址:https://github.com/datawhalechina/team-learning-data-mining/tree/master/FinancialRiskControl

比賽地址:https://tianchi.aliyun.com/competition/entrance/531830/introduction


模型融合目標

  • 對于多種調參完成的模型進行模型融合,

  • 完成對于多種模型的融合,提交融合結果并打卡,

內容介紹

模型融合是比賽后期一個重要的環節,大體來說有如下的型別方式,

  1. 簡單加權融合:

    • 回歸(分類概率):算術平均融合(Arithmetic mean),幾何平均融合(Geometric mean);
    • 分類:投票(Voting)
    • 綜合:排序融合(Rank averaging),log融合
  2. stacking/blending:

    • 構建多層模型,并利用預測結果再擬合預測,
  3. boosting/bagging(在xgboost,Adaboost,GBDT中已經用到):

    • 多樹的提升方法

DEMO例子

import pandas as pd
import numpy as np
import warnings
import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns

warnings.filterwarnings('ignore')
%matplotlib inline

import itertools
import matplotlib.gridspec as gridspec
from sklearn import datasets
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
from sklearn.naive_bayes import GaussianNB 
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
# from mlxtend.classifier import StackingClassifier
from sklearn.model_selection import cross_val_score, train_test_split
# from mlxtend.plotting import plot_learning_curves
# from mlxtend.plotting import plot_decision_regions

from sklearn.model_selection import StratifiedKFold
from sklearn.model_selection import train_test_split

from sklearn import linear_model
from sklearn import preprocessing
from sklearn.svm import SVR
from sklearn.decomposition import PCA,FastICA,FactorAnalysis,SparsePCA

import lightgbm as lgb
import xgboost as xgb
from sklearn.model_selection import GridSearchCV,cross_val_score
from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor,GradientBoostingRegressor

from sklearn.metrics import mean_squared_error, mean_absolute_error



## 資料讀取
Train_data = pd.read_csv('data/used_car_train_20200313.csv', sep=' ')
TestA_data = pd.read_csv('data/used_car_testA_20200313.csv', sep=' ')

print(Train_data.shape)
print(TestA_data.shape)


##(150000, 31)
##(50000, 30)


Train_data.head()

SaleIDnameregDatemodelbrandbodyTypefuelTypegearboxpowerkilometer...v_5v_6v_7v_8v_9v_10v_11v_12v_13v_14
007362004040230.061.00.00.06012.5...0.2356760.1019880.1295490.0228160.097462-2.8818032.804097-2.4208210.7952920.914762
1122622003030140.012.00.00.0015.0...0.2647770.1210040.1357310.0265970.020582-4.9004822.096338-1.030483-1.7226740.245522
221487420040403115.0151.00.00.016312.5...0.2514100.1149120.1651470.0621730.027075-4.8467491.8035591.565330-0.832687-0.229963
337186519960908109.0100.00.01.019315.0...0.2742930.1103000.1219640.0333950.000000-4.5095991.285940-0.501868-2.438353-0.478699
4411108020120103110.051.00.00.0685.0...0.2280360.0732050.0918800.0788190.121534-1.8962400.9107830.9311102.8345181.923482

5 rows × 31 columns

numerical_cols = Train_data.select_dtypes(exclude = 'object').columns
print(numerical_cols)


Index(['SaleID', 'name', 'regDate', 'model', 'brand', 'bodyType', 'fuelType',
       'gearbox', 'power', 'kilometer', 'regionCode', 'seller', 'offerType',
       'creatDate', 'price', 'v_0', 'v_1', 'v_2', 'v_3', 'v_4', 'v_5', 'v_6',
       'v_7', 'v_8', 'v_9', 'v_10', 'v_11', 'v_12', 'v_13', 'v_14'],
      dtype='object')


feature_cols = [col for col in numerical_cols if col not in ['SaleID','name','regDate','price']]

X_data = Train_data[feature_cols]
Y_data = Train_data['price']

X_test  = TestA_data[feature_cols]

print('X train shape:',X_data.shape)
print('X test shape:',X_test.shape)


X train shape: (150000, 26)
X test shape: (50000, 26)

def Sta_inf(data):
    print('_min',np.min(data))
    print('_max:',np.max(data))
    print('_mean',np.mean(data))
    print('_ptp',np.ptp(data))
    print('_std',np.std(data))
    print('_var',np.var(data))


print('Sta of label:')
Sta_inf(Y_data)


Sta of label:
_min 11
_max: 99999
_mean 5923.327333333334
_ptp 99988
_std 7501.973469876635
_var 56279605.942732885



X_data = X_data.fillna(-1)
X_test = X_test.fillna(-1)



def build_model_lr(x_train,y_train):
    reg_model = linear_model.LinearRegression()
    reg_model.fit(x_train,y_train)
    return reg_model

def build_model_ridge(x_train,y_train):
    reg_model = linear_model.Ridge(alpha=0.8)#alphas=range(1,100,5)
    reg_model.fit(x_train,y_train)
    return reg_model

def build_model_lasso(x_train,y_train):
    reg_model = linear_model.LassoCV()
    reg_model.fit(x_train,y_train)
    return reg_model

def build_model_gbdt(x_train,y_train):
    estimator =GradientBoostingRegressor(loss='ls',subsample= 0.85,max_depth= 5,n_estimators = 100)
    param_grid = { 
            'learning_rate': [0.05,0.08,0.1,0.2],
            }
    gbdt = GridSearchCV(estimator, param_grid,cv=3)
    gbdt.fit(x_train,y_train)
    print(gbdt.best_params_)
    # print(gbdt.best_estimator_ )
    return gbdt

def build_model_xgb(x_train,y_train):
    model = xgb.XGBRegressor(n_estimators=120, learning_rate=0.08, gamma=0, subsample=0.8,\
        colsample_bytree=0.9, max_depth=5) #, objective ='reg:squarederror'
    model.fit(x_train, y_train)
    return model

def build_model_lgb(x_train,y_train):
    estimator = lgb.LGBMRegressor(num_leaves=63,n_estimators = 100)
    param_grid = {
        'learning_rate': [0.01, 0.05, 0.1],
    }
    gbm = GridSearchCV(estimator, param_grid)
    gbm.fit(x_train, y_train)
    return gbm


## XGBoost的五折交叉回歸驗證實作
## xgb
xgr = xgb.XGBRegressor(n_estimators=120, learning_rate=0.1, subsample=0.8,\
        colsample_bytree=0.9, max_depth=7) # ,objective ='reg:squarederror'

scores_train = []
scores = []

## 5折交叉驗證方式
sk=StratifiedKFold(n_splits=5,shuffle=True,random_state=0)
for train_ind,val_ind in sk.split(X_data,Y_data):
    
    train_x=X_data.iloc[train_ind].values
    train_y=Y_data.iloc[train_ind]
    val_x=X_data.iloc[val_ind].values
    val_y=Y_data.iloc[val_ind]
    
    xgr.fit(train_x,train_y)
    pred_train_xgb=xgr.predict(train_x)
    pred_xgb=xgr.predict(val_x)
    
    score_train = mean_absolute_error(train_y,pred_train_xgb)
    scores_train.append(score_train)
    score = mean_absolute_error(val_y,pred_xgb)
    scores.append(score)

print('Train mae:',np.mean(score_train))
print('Val mae',np.mean(scores))



Train mae: 600.0127885014529
Val mae 691.9976473362078


多種方法訓練

# 劃分資料集,并用多種方法訓練和預測
## Split data with val
x_train,x_val,y_train,y_val = train_test_split(X_data,Y_data,test_size=0.3)

## Train and Predict
print('Predict LR...')
model_lr = build_model_lr(x_train,y_train)
val_lr = model_lr.predict(x_val)
subA_lr = model_lr.predict(X_test)

print('Predict Ridge...')
model_ridge = build_model_ridge(x_train,y_train)
val_ridge = model_ridge.predict(x_val)
subA_ridge = model_ridge.predict(X_test)

print('Predict Lasso...')
model_lasso = build_model_lasso(x_train,y_train)
val_lasso = model_lasso.predict(x_val)
subA_lasso = model_lasso.predict(X_test)

print('Predict GBDT...')
model_gbdt = build_model_gbdt(x_train,y_train)
val_gbdt = model_gbdt.predict(x_val)
subA_gbdt = model_gbdt.predict(X_test)


Predict LR...
Predict Ridge...
Predict Lasso...
Predict GBDT...
{'learning_rate': 0.2}


# 一般比賽中效果最為顯著的兩種方法
print('predict XGB...')
model_xgb = build_model_xgb(x_train,y_train)
val_xgb = model_xgb.predict(x_val)
subA_xgb = model_xgb.predict(X_test)

print('predict lgb...')
model_lgb = build_model_lgb(x_train,y_train)
val_lgb = model_lgb.predict(x_val)
subA_lgb = model_lgb.predict(X_test)


predict XGB...
predict lgb...


print('Sta inf of lgb:')
Sta_inf(subA_lgb)


Sta inf of lgb:
_min -183.5346885743444
_max: 87514.11713966732
_mean 5926.692984246488
_ptp 87697.65182824167
_std 7371.052328311919
_var 54332412.426712565


加權融合

def Weighted_method(test_pre1,test_pre2,test_pre3,w=[1/3,1/3,1/3]):
    Weighted_result = w[0]*pd.Series(test_pre1)+w[1]*pd.Series(test_pre2)+w[2]*pd.Series(test_pre3)
    return Weighted_result

## Init the Weight
w = [0.3,0.4,0.3]

## 測驗驗證集準確度
val_pre = Weighted_method(val_lgb,val_xgb,val_gbdt,w)
MAE_Weighted = mean_absolute_error(y_val,val_pre)
print('MAE of Weighted of val:',MAE_Weighted)

## 預測資料部分
subA = Weighted_method(subA_lgb,subA_xgb,subA_gbdt,w)
print('Sta inf:')
Sta_inf(subA)
## 生成提交檔案
sub = pd.DataFrame()
sub['SaleID'] = X_test.index
sub['price'] = subA
sub.to_csv('./sub_Weighted.csv',index=False)

MAE of Weighted of val: 722.4371711779407
Sta inf:
_min -748.3094464296096
_max: 86961.51700443946
_mean 5929.89705489961
_ptp 87709.82645086908
_std 7351.960778474033
_var 54051327.28822051


## 與簡單的LR(線性回歸)進行對比
val_lr_pred = model_lr.predict(x_val)
MAE_lr = mean_absolute_error(y_val,val_lr_pred)
print('MAE of lr:',MAE_lr)

MAE of lr: 2599.193170853424

Stacking融合

## Stacking

## 第一層
train_lgb_pred = model_lgb.predict(x_train)
train_xgb_pred = model_xgb.predict(x_train)
train_gbdt_pred = model_gbdt.predict(x_train)

Stack_X_train = pd.DataFrame()
Stack_X_train['Method_1'] = train_lgb_pred
Stack_X_train['Method_2'] = train_xgb_pred
Stack_X_train['Method_3'] = train_gbdt_pred

Stack_X_val = pd.DataFrame()
Stack_X_val['Method_1'] = val_lgb
Stack_X_val['Method_2'] = val_xgb
Stack_X_val['Method_3'] = val_gbdt

Stack_X_test = pd.DataFrame()
Stack_X_test['Method_1'] = subA_lgb
Stack_X_test['Method_2'] = subA_xgb
Stack_X_test['Method_3'] = subA_gbdt

Stack_X_test.head()
Method_1Method_2Method_3
042063.07001640670.99218841630.731967
1316.444941297.938507173.515799
27245.4374407426.3500987495.818904
311755.25258711995.38183611689.648844
4539.252642512.093628549.944899
## level2-method 
model_lr_Stacking = build_model_lr(Stack_X_train,y_train)
## 訓練集
train_pre_Stacking = model_lr_Stacking.predict(Stack_X_train)
print('MAE of Stacking-LR:',mean_absolute_error(y_train,train_pre_Stacking))

## 驗證集
val_pre_Stacking = model_lr_Stacking.predict(Stack_X_val)
print('MAE of Stacking-LR:',mean_absolute_error(y_val,val_pre_Stacking))

## 預測集
print('Predict Stacking-LR...')
subA_Stacking = model_lr_Stacking.predict(Stack_X_test)


MAE of Stacking-LR: 628.0883315330257
MAE of Stacking-LR: 711.5275218526992
Predict Stacking-LR...


subA_Stacking[subA_Stacking<10]=10  ## 去除過小的預測值

sub = pd.DataFrame()
sub['SaleID'] = X_test.index
sub['price'] = subA_Stacking
sub.to_csv('./sub_Stacking.csv',index=False)


print('Sta inf:')
Sta_inf(subA_Stacking)


Sta inf:
_min 10.0
_max: 87428.84906583659
_mean 5929.537761262649
_ptp 87418.84906583659
_std 7414.192031815497
_var 54970243.4846364

經驗總結

  • 1)結果層面的融合,這種是最常見的融合方法,其可行的融合方法也有很多,比如根據結果的得分進行加權融合,還可以做Log,exp處理等,在做結果融合的時候,有一個很重要的條件是模型結果的得分要比較近似,然后結果的差異要比較大,這樣的結果融合往往有比較好的效果提升,

  • 2)特征層面的融合,這個層面其實感覺不叫融合,準確說可以叫分割,很多時候如果我們用同種模型訓練,可以把特征進行切分給不同的模型,然后在后面進行模型或者結果融合有時也能產生比較好的效果,

  • 3)模型層面的融合,模型層面的融合可能就涉及模型的堆疊和設計,比如加Staking層,部分模型的結果作為特征輸入等,這些就需要多實驗和思考了,基于模型層面的融合最好不同模型型別要有一定的差異,用同種模型不同的引數的收益一般是比較小的,

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    本文首發于公眾號:Hunter后端 原文鏈接:Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式 日期函式主要介紹兩個大類,Extract() 和 Trunc() Extract() 函式作用是提取日期,比如我們可以提取一個日期欄位的年份,月份,日等資料 Trunc() 的作用則是截取,比如 2022-0 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:45 more
  • 一天吃透JVM面試八股文

    什么是JVM? JVM,全稱Java Virtual Machine(Java虛擬機),是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實作的。由一套位元組碼指令集、一組暫存器、一個堆疊、一個垃圾回收堆和一個存盤方法域等組成。JVM屏蔽了與作業系統平臺相關的資訊,使得Java程式只需要生成在Java虛擬機 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:31 more
  • 使用Java接入小程式訂閱訊息!

    更新完微信服務號的模板訊息之后,我又趕緊把微信小程式的訂閱訊息給實作了!之前我一直以為微信小程式也是要企業才能申請,沒想到小程式個人就能申請。 訊息推送平臺🔥推送下發【郵件】【短信】【微信服務號】【微信小程式】【企業微信】【釘釘】等訊息型別。 https://gitee.com/zhongfuch ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類: 位元組緩沖流:BufferedInputStream,BufferedOutputStream 字符緩沖流:BufferedReader,BufferedWriter 緩沖流的基本原理,是在創建流物件時,會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列,通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說,人太懶了,現在基本都不喜歡寫筆記了,但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的,寫的注釋挺全的,應該直接看得懂,就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景:視頻分段傳輸、視頻多段傳輸(理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發,從基本到高級概念,包括簡介,UWP,第一個應用程式,商店,XAML控制元件,資料系結,XAML性能,自適應設計,自適應UI,自適應代碼,檔案管理,SQLite資料庫,應用程式到應用程式通信,應用程式本地化,應用程式 ......

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