主頁 >  其他 > 基于Python的Fisher二分類判別模型實作

基于Python的Fisher二分類判別模型實作

2020-11-18 11:54:14 其他

1. 完成形式

本Fisher二分類判別模型的代碼是利用Python獨立完成撰寫的,基本基于上課所講內容,沒有參考網上代碼,

2. 實作演算法思路

- 資料集選擇與載入初始化
電力行業中,比較適合Fisher分類判別模型的資料集為用戶畫像的分類,然而電力行業由于國家管控的特殊性,導致網路上能夠找到的開源的資料集過少,在Dataju平臺原先有的十多個能源客戶畫像資料集在今年下半年也全部由于著作權、客戶資訊保密原則等原因而下架,在搜索了一段時間之后無奈放棄選擇現成的開源分類資料集,本代碼的資料集采用的是Scikit-Learn包中的乳腺癌資料集,

#資料
#二分類問題
#直接從sklearn.datasets匯入乳腺癌資料集
from sklearn.datasets import load_breast_cancer

以下為乳腺癌資料集中較為重要的資訊
Breast cancer wisconsin (diagnostic) dataset

Data Set Characteristics:

:Number of Instances: 569

:Number of Attributes: 30 numeric, predictive attributes and the class

:Attribute Information:
    - radius (mean of distances from center to points on the perimeter)
    - texture (standard deviation of gray-scale values)
    - perimeter
    - area
    - smoothness (local variation in radius lengths)
    - compactness (perimeter^2 / area - 1.0)
    - concavity (severity of concave portions of the contour)
    - concave points (number of concave portions of the contour)
    - symmetry
    - fractal dimension ("coastline approximation" - 1)

    The mean, standard error, and "worst" or largest (mean of the three
    worst/largest values) of these features were computed for each image,
    resulting in 30 features.  For instance, field 0 is Mean Radius, field
    10 is Radius SE, field 20 is Worst Radius.

    - class:
            - WDBC-Malignant
            - WDBC-Benign

:Summary Statistics:

===================================== ====== ======
                                       Min    Max
===================================== ====== ======
radius (mean):                        6.981  28.11
texture (mean):                       9.71   39.28
perimeter (mean):                     43.79  188.5
area (mean):                          143.5  2501.0
smoothness (mean):                    0.053  0.163
compactness (mean):                   0.019  0.345
concavity (mean):                     0.0    0.427
concave points (mean):                0.0    0.201
symmetry (mean):                      0.106  0.304
fractal dimension (mean):             0.05   0.097
radius (standard error):              0.112  2.873
texture (standard error):             0.36   4.885
perimeter (standard error):           0.757  21.98
area (standard error):                6.802  542.2
smoothness (standard error):          0.002  0.031
compactness (standard error):         0.002  0.135
concavity (standard error):           0.0    0.396
concave points (standard error):      0.0    0.053
symmetry (standard error):            0.008  0.079
fractal dimension (standard error):   0.001  0.03
radius (worst):                       7.93   36.04
texture (worst):                      12.02  49.54
perimeter (worst):                    50.41  251.2
area (worst):                         185.2  4254.0
smoothness (worst):                   0.071  0.223
compactness (worst):                  0.027  1.058
concavity (worst):                    0.0    1.252
concave points (worst):               0.0    0.291
symmetry (worst):                     0.156  0.664
fractal dimension (worst):            0.055  0.208
===================================== ====== ======

研究資料集可以發現,該資料集由30個指標與一個二分類的target組成表明是否患病,由min&max表可以發現存在方差特別大的指標area,在不確定其對患病影響的情況下,需要考慮是否需要對資料集做標準化處理,
載入資料集之后,將20%的資料作為測驗樣本,

from sklearn.model_selection import train_test_split
x = breast_cancer['data']
y = breast_cancer['target']
#隨機采樣,將20%的資料作為測驗樣本
x_train,x_test,y_train,y_test=train_test_split(x,y,random_state=0,test_size=0.2)

標準化代碼如下,在實際運行模型的時候根據最后生成結果選擇是否做資料與處理,

# 標準化處理
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
ss_x=StandardScaler()
ss_y=StandardScaler()
#分別對訓練和測驗資料的特征以及目標值進行標準化處理
x_train = ss_x.fit_transform(x_train)
x_test = ss_x.transform(x_test)

- 函式設計
根據課堂學到的內容,設計如下函式
| get_mean_vector(target) | 求均值向量|
| get_dispersion_matrix(target, mean_vector) |求樣本內離散度矩陣|
| get_sample_divergence(mean_vector1, mean_vector2) | 求樣本間離散度 |
| get_w_star(dispersion_matrix, mean_vector1, mean_vector2) | 求Fisher準則函式的w_star解|
| get_sample_projection(w_star, x) | 求一特征向量在w_star上的投影|
| get_segmentation_threshold(w_star, way_flag) |求分割閾值 |
| test_single_smaple(w_star, y0, test_sample, test_target) | 單例測驗 |
| test_single_smaple_check(w_star, y0, test_sample, test_target)|單例測驗(用于統計) |
| test_check(w_star, y0) | 統計測驗樣本 |
具體實作如下:

def get_mean_vector(target):
    '''
    求均值向量
    :param target:
    :return:
    '''
    m_target_list = [0 for i in range(x_train.shape[1])]
    count = 0
    for i in range(x_train.shape[0]):
        if y_train[i] == target:
            count = count + 1
            temp = x_train[i].tolist()
            m_target_list = [m_target_list[j] + temp[j] for j in range(x_train.shape[1])]
    m_target_list = [x / count for x in m_target_list]
    # 其實可以用類似torch的壓縮維度的函式直接求和
    return m_target_list

通過target的值選擇計算標簽為target的均值向量,

def get_dispersion_matrix(target, mean_vector):
    '''
    求樣本內離散度矩陣
    :param target:
    :param mean_vector:
    :return:
    '''
    s_target_matrix = np.zeros((x_train.shape[1], x_train.shape[1]))
    for i in range(x_train.shape[0]):
        if y_train[i] == target:
            temp = np.multiply(x_train[i] - mean_vector, (x_train[i] - mean_vector).transpose())
            s_target_matrix = s_target_matrix + temp
    return s_target_matrix

通過target和與其匹配的mean_vector計算求得樣本內離散度矩陣,

def get_sample_divergence(mean_vector1, mean_vector2):
    '''
    求樣本間離散度
    :param mean_vector1:
    :param mean_vector2:
    :return:
    '''
    return np.multiply((mean_vector1 - mean_vector2), (mean_vector1 - mean_vector2).transpose())

計算兩個均值向量的樣本間離散度,

def get_w_star(dispersion_matrix, mean_vector1, mean_vector2):
    '''
    求Fisher準則函式的w_star解
    :param dispersion_matrix:
    :param mean_vector1:
    :param mean_vector2:
    :return:
    '''
    return np.matmul(np.linalg.inv(dispersion_matrix), (mean_vector1 - mean_vector2))

由樣本內離散度矩陣和兩個均值向量,根據Fisher準則逆向求解被投影向量的最優解w_star,

def get_sample_projection(w_star, x):
    '''
    求一特征向量在w_star上的投影
    :param w_star:
    :param x:
    :return:
    '''
    return np.matmul(w_star.transpose(), x)

利用求得的w_star求一特征向量在w_star上的投影值,

def get_segmentation_threshold(w_star, way_flag):
    '''
    求分割閾值
    :param w_star:
    :param way_flag:
    :return:
    '''
    if way_flag == 0:
        y0_list = []
        y1_list = []
        for i in range(x_train.shape[0]):
            if y_train[i] == 0:
                y0_list.append(get_sample_projection(w_star, x_train[i]))
            else:
                y1_list.append(get_sample_projection(w_star, x_train[i]))
        ny0 = len(y0_list)
        ny1 = len(y1_list)
        my0 = sum(y0_list) / ny0
        my1 = sum(y1_list) / ny1
        segmentation_threshold = (ny0 * my0 + ny1 * my1) / (ny0 + ny1)
        return  segmentation_threshold
    elif way_flag == 1:
        y0_list = []
        y1_list = []
        for i in range(x_train.shape[0]):
            if y_train[i] == 0:
                y0_list.append(get_sample_projection(w_star, x_train[i]))
            else:
                y1_list.append(get_sample_projection(w_star, x_train[i]))
        ny0 = len(y0_list)
        ny1 = len(y1_list)
        my0 = sum(y0_list) / ny0
        my1 = sum(y1_list) / ny1
        py0 = ny0 / (ny0 + ny1)
        py1 = ny1 / (ny0 + ny1)
        segmentation_threshold = (my0 + my1) / 2 + math.log(py0 / py1) / (ny0 - ny1 - 2)
        return segmentation_threshold
    else:
        return 0

利用w_star投影標簽內的原特征向量用來求分割閾值,該函式提供了兩種分割閾值的實作方法,

def test_single_smaple(w_star, y0, test_sample, test_target):
    '''
    單例測驗
    :param y0:
    :param x:
    :return:
    '''
    y_test = get_sample_projection(w_star, test_sample)
    predection = 1
    if y_test > y0:
        predection = 0
    print("This x_vector's target is {}, and the predection is {}".format(test_target, predection))

測驗函式,該單例測驗函式可以由用戶輸入一個新的特征向量,之后會給出模型的預測結果,

def test_single_smaple_check(w_star, y0, test_sample, test_target):
    '''
    單例測驗(用于統計)
    :param y0:
    :param x:
    :return:
    '''
    y_test = get_sample_projection(w_star, test_sample)
    predection = 1
    if y_test > y0:
        predection = 0
    if test_target == predection:
        return True
    else:
        return False

該單例測驗函式用于統計資料使用,

def test_check(w_star, y0):
    '''
    統計測驗樣本
    :param w_star:
    :param y0:
    :return:
    '''
    right_count = 0
    for i in range(x_test.shape[0]):
        boolean = test_single_smaple_check(w_star, y0, x_test[i], y_test[i])
        if boolean == True:
            right_count = right_count + 1
    return x_test.shape[0], right_count, right_count / x_test.shape[0]

測驗資料集的測驗統計,通過比對預測結果與實際標簽求得統計樣本數,正確預測樣本數和準確率,

- 演算法實作

if __name__ == "__main__":
    m0 = np.array(get_mean_vector(0)).reshape(-1, 1)
    m1 = np.array(get_mean_vector(1)).reshape(-1, 1)
    s0 = get_dispersion_matrix(0, m0)
    s1 = get_dispersion_matrix(1, m1)
    sw = s0 + s1
    sb = get_sample_divergence(m0, m1)
    w_star = np.array(get_w_star(sw, m0, m1)).reshape(-1, 1)
    y0 = get_segmentation_threshold(w_star, 0)
    print("The segmentation_threshold is ", y0)
    test_sum, right_sum, accuracy = test_check(w_star, y0)
    print("Total specimen number:{}\nNumber of correctly predicted samples:{}\nAccuracy:{}\n".format(test_sum, right_sum, accuracy))

根據劃分的資料集,利用正反標簽的訓練資料集分別計算均值向量,樣本內離散度矩陣,樣本間離散度矩陣,利用正反標簽的樣本內離散度矩陣求得總樣本內離散度矩陣,之后利用總樣本內離散度矩陣求得被投影向量,根據被投影向量將原特征向量均投影到一維線上,采用閾值割裂的方法加權修正得到分割閾值,之后利用測驗樣本資料集檢驗得到的分割閾值的質量,

- 實驗結果
采用資料標準化和修正加權閾值演算法結果:

采用資料標準化和普通加權閾值演算法結果:

不采用資料標準化,采用修正加權閾值演算法結果:

不采用資料標準化,不采用修正加權閾值演算法結果:

- 實驗結論分析

  • area這一指標對患病與否并沒有什么影響,而其他指標會由于標準化而被削弱特征差異導致預測質量的下降,
  • 不采用資料標準化,不采用修正加權閾值演算法結果的情況下,模型預測準確率可達到93.8596%,超過筆者對此模型的期望,
  • 修正加權閾值函式在樣本分布均勻的情況下可能會有更好的效果,但是該樣本資料集可能分布不太均勻,
    添加函式:
def analysis_train_set():
    train_positive_count = 0
    train_negative_count = 0
    sum_count = 0
    for i in range(x_train.shape[0]):
        if y_train[i] == 0:
            train_negative_count = train_negative_count + 1
        else:
            train_positive_count = train_positive_count + 1
        sum_count = sum_count + 1
    print("Train Set Analysis:\nTotal number:{}\nNumber of positive samples:{}\tProportion of positive samples:{"
          "}\nNumber of negative samples:{}\tProportion of negative samples:{}\nPositive and negative sample ratio:{"
          "}\n".format(sum_count, train_positive_count, train_positive_count / sum_count, train_negative_count,
                       train_negative_count / sum_count, train_positive_count / train_negative_count))

觀察輸出結果:
可以發現,該資料集中,正樣本資料占比達到了63.7%, 正負樣本比率達到了1.76,遠超過1.2的比率閾值,導致了修正加權閾值函式的更偏向性加權從而使得預測質量大幅下降,想要解決這個問題可能需要修改資料集或者做資料增強,此處暫且不提,

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qita/223809.html

標籤:其他

上一篇:YoloV4訓練自己的資料集

下一篇:LeetCode 1030 距離順序排列矩陣單元格 HERODING的LeetCode之路

標籤雲
其他(157675) Python(38076) JavaScript(25376) Java(17977) C(15215) 區塊鏈(8255) C#(7972) AI(7469) 爪哇(7425) MySQL(7132) html(6777) 基礎類(6313) sql(6102) 熊猫(6058) PHP(5869) 数组(5741) R(5409) Linux(5327) 反应(5209) 腳本語言(PerlPython)(5129) 非技術區(4971) Android(4554) 数据框(4311) css(4259) 节点.js(4032) C語言(3288) json(3245) 列表(3129) 扑(3119) C++語言(3117) 安卓(2998) 打字稿(2995) VBA(2789) Java相關(2746) 疑難問題(2699) 细绳(2522) 單片機工控(2479) iOS(2429) ASP.NET(2402) MongoDB(2323) 麻木的(2285) 正则表达式(2254) 字典(2211) 循环(2198) 迅速(2185) 擅长(2169) 镖(2155) 功能(1967) .NET技术(1958) Web開發(1951) python-3.x(1918) HtmlCss(1915) 弹簧靴(1913) C++(1909) xml(1889) PostgreSQL(1872) .NETCore(1853) 谷歌表格(1846) Unity3D(1843) for循环(1842)

熱門瀏覽
  • 網閘典型架構簡述

    網閘架構一般分為兩種:三主機的三系統架構網閘和雙主機的2+1架構網閘。 三主機架構分別為內端機、外端機和仲裁機。三機無論從軟體和硬體上均各自獨立。首先從硬體上來看,三機都用各自獨立的主板、記憶體及存盤設備。從軟體上來看,三機有各自獨立的作業系統。這樣能達到完全的三機獨立。對于“2+1”系統,“2”分為 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:00:44 more
  • 如何從xshell上傳檔案到centos linux虛擬機里

    如何從xshell上傳檔案到centos linux虛擬機里及:虛擬機CentOs下執行 yum -y install lrzsz命令,出現錯誤:鏡像無法找到軟體包 前言 一、安裝lrzsz步驟 二、上傳檔案 三、遇到的問題及解決方案 總結 前言 提示:其實很簡單,往虛擬機上安裝一個上傳檔案的工具 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:00:47 more
  • 一、SQLMAP入門

    一、SQLMAP入門 1、判斷是否存在注入 sqlmap.py -u 網址/id=1 id=1不可缺少。當注入點后面的引數大于兩個時。需要加雙引號, sqlmap.py -u "網址/id=1&uid=1" 2、判斷文本中的請求是否存在注入 從文本中加載http請求,SQLMAP可以從一個文本檔案中 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:00:50 more
  • Metasploit 簡單使用教程

    metasploit 簡單使用教程 浩先生, 2020-08-28 16:18:25 分類專欄: kail 網路安全 linux 文章標簽: linux資訊安全 編輯 著作權 metasploit 使用教程 前言 一、Metasploit是什么? 二、準備作業 三、具體步驟 前言 Msfconsole ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:00:53 more
  • 游戲逆向之驅動層與用戶層通訊

    驅動層代碼: #pragma once #include <ntifs.h> #define add_code CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x800,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS) /* 更多游戲逆向視頻www.yxfzedu.com ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:00:56 more
  • 北斗電力時鐘(北斗授時服務器)讓網路資料更精準

    北斗電力時鐘(北斗授時服務器)讓網路資料更精準 北斗電力時鐘(北斗授時服務器)讓網路資料更精準 京準電子科技官微——ahjzsz 近幾年,資訊技術的得了快速發展,互聯網在逐漸普及,其在人們生活和生產中都得到了廣泛應用,并且取得了不錯的應用效果。計算機網路資訊在電力系統中的應用,一方面使電力系統的運行 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:01:03 more
  • 【CTF】CTFHub 技能樹 彩蛋 writeup

    ?碎碎念 CTFHub:https://www.ctfhub.com/ 筆者入門CTF時時剛開始刷的是bugku的舊平臺,后來才有了CTFHub。 感覺不論是網頁UI設計,還是題目質量,賽事跟蹤,工具軟體都做得很不錯。 而且因為獨到的金幣制度的確讓人有一種想去刷題賺金幣的感覺。 個人還是非常喜歡這個 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:04:05 more
  • 02windows基礎操作

    我學到了一下幾點 Windows系統目錄結構與滲透的作用 常見Windows的服務詳解 Windows埠詳解 常用的Windows注冊表詳解 hacker DOS命令詳解(net user / type /md /rd/ dir /cd /net use copy、批處理 等) 利用dos命令制作 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:04:18 more
  • 03.Linux基礎操作

    我學到了以下幾點 01Linux系統介紹02系統安裝,密碼啊破解03Linux常用命令04LAMP 01LINUX windows: win03 8 12 16 19 配置不繁瑣 Linux:redhat,centos(紅帽社區版),Ubuntu server,suse unix:金融機構,證券,銀 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:04:30 more
  • 05HTML

    01HTML介紹 02頭部標簽講解03基礎標簽講解04表單標簽講解 HTML前段語言 js1.了解代碼2.根據代碼 懂得挖掘漏洞 (POST注入/XSS漏洞上傳)3.黑帽seo 白帽seo 客戶網站被黑帽植入劫持代碼如何處理4.熟悉html表單 <html><head><title>TDK標題,描述 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:04:36 more
最新发布
  • 2023年最新微信小程式抓包教程

    01 開門見山 隔一個月發一篇文章,不過分。 首先回顧一下《微信系結手機號資料庫被脫庫事件》,我也是第一時間得知了這個訊息,然后跟蹤了整件事情的經過。下面是這起事件的相關截圖以及近日流出的一萬條資料樣本: 個人認為這件事也沒什么,還不如關注一下之前45億快遞資料查詢渠道疑似在近日復活的訊息。 訊息是 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:48:24 more
  • web3 產品介紹:metamask 錢包 使用最多的瀏覽器插件錢包

    Metamask錢包是一種基于區塊鏈技術的數字貨幣錢包,它允許用戶在安全、便捷的環境下管理自己的加密資產。Metamask錢包是以太坊生態系統中最流行的錢包之一,它具有易于使用、安全性高和功能強大等優點。 本文將詳細介紹Metamask錢包的功能和使用方法。 一、 Metamask錢包的功能 數字資 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:47:46 more
  • vulnhub_Earth

    前言 靶機地址->>>vulnhub_Earth 攻擊機ip:192.168.20.121 靶機ip:192.168.20.122 參考文章 https://www.cnblogs.com/Jing-X/archive/2022/04/03/16097695.html https://www.cnb ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:46:20 more
  • 從4k到42k,軟體測驗工程師的漲薪史,給我看哭了

    清明節一過,盲猜大家已經無心上班,在數著日子準備過五一,但一想到銀行卡里的余額……瞬間心情就不美麗了。最近,2023年高校畢業生就業調查顯示,本科畢業月平均起薪為5825元。調查一出,便有很多同學表示自己又被平均了。看著這一資料,不免讓人想到前不久中國青年報的一項調查:近六成大學生認為畢業10年內會 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:44:00 more
  • 最新版本 Stable Diffusion 開源 AI 繪畫工具之中文自動提詞篇

    🎈 標簽生成器 由于輸入正向提示詞 prompt 和反向提示詞 negative prompt 都是使用英文,所以對學習母語的我們非常不友好 使用網址:https://tinygeeker.github.io/p/ai-prompt-generator 這個網址是為了讓大家在使用 AI 繪畫的時候 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:36 more
  • 漫談前端自動化測驗演進之路及測驗工具分析

    隨著前端技術的不斷發展和應用程式的日益復雜,前端自動化測驗也在不斷演進。隨著 Web 應用程式變得越來越復雜,自動化測驗的需求也越來越高。如今,自動化測驗已經成為 Web 應用程式開發程序中不可或缺的一部分,它們可以幫助開發人員更快地發現和修復錯誤,提高應用程式的性能和可靠性。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:16 more
  • CANN開發實踐:4個DVPP記憶體問題的典型案例解讀

    摘要:由于DVPP媒體資料處理功能對存放輸入、輸出資料的記憶體有更高的要求(例如,記憶體首地址128位元組對齊),因此需呼叫專用的記憶體申請介面,那么本期就分享幾個關于DVPP記憶體問題的典型案例,并給出原因分析及解決方法。 本文分享自華為云社區《FAQ_DVPP記憶體問題案例》,作者:昇騰CANN。 DVPP ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:03 more
  • msf學習

    msf學習 以kali自帶的msf為例 一、msf核心模塊與功能 msf模塊都放在/usr/share/metasploit-framework/modules目錄下 1、auxiliary 輔助模塊,輔助滲透(埠掃描、登錄密碼爆破、漏洞驗證等) 2、encoders 編碼器模塊,主要包含各種編碼 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:59 more
  • Halcon軟體安裝與界面簡介

    1. 下載Halcon17版本到到本地 2. 雙擊安裝包后 3. 步驟如下 1.2 Halcon軟體安裝 界面分為四大塊 1. Halcon的五個助手 1) 影像采集助手:與相機連接,設定相機引數,采集影像 2) 標定助手:九點標定或是其它的標定,生成標定檔案及內參外參,可以將像素單位轉換為長度單位 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:17 more
  • 在MacOS下使用Unity3D開發游戲

    第一次發博客,先發一下我的游戲開發環境吧。 去年2月份買了一臺MacBookPro2021 M1pro(以下簡稱mbp),這一年來一直在用mbp開發游戲。我大致分享一下我的開發工具以及使用體驗。 1、Unity 官網鏈接: https://unity.cn/releases 我一般使用的Apple ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:40:19 more