用SVM预测火灾森林毁坏面积

# 导入第三方模块
from sklearn import svm
import pandas as pd
from sklearn import model_selection
from sklearn import metrics
# 读取外部数据
forestfires = pd.read_csv(r'F:\forestfires.csv')
# 数据前5行
forestfires.head()

X,Y为坐标位置
mon和day均为字符型,做数值型转换,且day为无关变量

# 删除day变量
forestfires.drop('day',axis = 1, inplace = True)
# 将月份作数值化处理
forestfires.month = pd.factorize(forestfires.month)[0]
# 预览数据前5行
forestfires.head()

因变量area为数值型变量,而对连续型的因变量需要做分布的探索性分析,如果数据呈现严重偏态,会产生很差效果

# 导入第三方模块
import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.stats import norm
# 绘制森林烧毁面积的直方图
sns.distplot(forestfires.area, bins = 50, kde = True, fit = norm, hist_kws = {'color':'steelblue'}, 
             kde_kws = {'color':'red', 'label':'Kernel Density'}, 
             fit_kws = {'color':'black','label':'Nomal', 'linestyle':'--'})
# 显示图例
plt.legend()
# 显示图形
plt.show()

严重右偏,作对数处理

# 导入第三方模块
from sklearn import preprocessing
import numpy as np
from sklearn import neighbors
# 对area变量作对数变换
y = np.log1p(forestfires.area)
# 将X变量作标准化处理
predictors = forestfires.columns[:-1]
X = preprocessing.scale(forestfires[predictors])
X

拆分数据,先用默认参数构建模型,后续调参

# 将数据拆分为训练集和测试集
X_train,X_test,y_train,y_test = model_selection.train_test_split(X, y, test_size = 0.25, random_state = 1234)
# 构建默认参数的SVM回归模型
svr = svm.SVR()
# 模型在训练数据集上的拟合
svr.fit(X_train,y_train)
# 模型在测试上的预测
pred_svr = svr.predict(X_test)
# 计算模型的MSE
metrics.mean_squared_error(y_test,pred_svr)
# 使用网格搜索法,选择SVM回归中的最佳C值、epsilon值和gamma值
epsilon = np.arange(0.1,1.5,0.2)
C= np.arange(100,1000,200)
gamma = np.arange(0.001,0.01,0.002)
parameters = {'epsilon':epsilon,'C':C,'gamma':gamma}
grid_svr = model_selection.GridSearchCV(estimator = svm.SVR(),param_grid =parameters,
                                        scoring='neg_mean_squared_error',cv=5,verbose =1, n_jobs=2)
# 模型在训练数据集上的拟合
grid_svr.fit(X_train,y_train)
# 返回交叉验证后的最佳参数值
print(grid_svr.best_params_, grid_svr.best_score_)
# 模型在测试集上的预测
pred_grid_svr = grid_svr.predict(X_test)
# 计算模型在测试集上的MSE值
metrics.mean_squared_error(y_test,pred_grid_svr)

经过5重交叉验证,以及调参之后,MSE减小,预测效果较好。说明参数优化很重要。

总之,核函数选择高斯核函数时模型拟合效果往往更好,因为高斯核是一种指数函数,它的泰勒展开式可以是无穷维的,即相当于把原始样本点映射到高维空间中。

惩罚系数往往在0.0001-10000,值越大,惩罚力度越大,模型越有可能产生过拟合;高斯核函数中的Y值越大,对应的支持向量则越少,反之支持向量越多,模型越复杂,越可能过拟合。

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