原文出处： Jason Brownlee 译文出处：数据工匠
抽查(Spot checking)机器学习算法是指如何找出最适合于给定数据集的算法模型。
本文中我将介绍八个常用于抽查的机器学习算法，文中还包括各个算法的 R 语言代码，你可以将其保存并运用到下一个机器学习项目中。
适用于你的数据集的最佳算法
你无法在建模前就知道哪个算法最适用于你的数据集。
你必须通过反复试验的方法来寻找出可以解决你的问题的最佳算法，我称这个过程为 spot checking。
我们所遇到的问题不是我应该采用哪个算法来处理我的数据集？，而是我应该抽查哪些算法来处理我的数据集？
抽查哪些算法？
首先，你可以思考哪些算法可能适用于你的数据集。
其次，我建议尽可能地尝试混合算法并观察哪个方法最适用于你的数据集。
尝试混合算法(如事件模型和树模型)
尝试混合不同的学习算法(如处理相同类型数据的不同算法)
尝试混合不同类型的模型(如线性和非线性函数或者参数和非参数模型)
让我们具体看下如何实现这几个想法。下一章中我们将看到如何在 R 语言中实现相应的机器学习算法。
如何在 R 语言中抽查算法？
R 语言中存在数百种可用的机器学习算法。
如果你的项目要求较高的预测精度且你有充足的时间，我建议你可以在实践过程中尽可能多地探索不同的算法。
通常情况下，我们没有太多的时间用于测试，因此我们需要了解一些常用且重要的算法。
本章中你将会接触到一些 R 语言中经常用于抽查处理的线性和非线性算法，但是其中并不包括类似于boosting和bagging的集成算法。
每个算法都会从两个视角进行呈现：
1.常规的训练和预测方法
2.caret包的用法
你需要知道给定算法对应的软件包和函数，同时你还需了解如何利用caret包实现这些常用的算法，从而你可以利用caret包的预处理、算法评估和参数调优的能力高效地评估算法的精度。
本文中将用到两个标准的数据集：
1.回归模型：BHD(Boston Housing Dataset)
2.分类模型: PIDD(Pima Indians Diabetes Dataset)
本文中的算法将被分成两组进行介绍：
1.线性算法：简单、较大的偏倚、运算速度快
2.非线性算法：复杂、较大的方差、高精确度
下文中的所有代码都是完整的，因此你可以将其保存下来并运用到下个机器学习项目中。
线性算法
这类方法对模型的函数形式有严格的假设条件，虽然这些方法的运算速度快，但是其结果偏倚较大。
这类模型的最终结果通常易于解读，因此如果线性模型的结果足够精确，那么你没有必要采用较为复杂的非线性模型。
1.线性回归模型
stat包中的lm()函数可以利用最小二乘估计拟合线性回归模型。
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# load the library library(mlbench) # load data data(BostonHousing) # fit model fit <- lm(mdev~>, BostonHousing) # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, BostonHousing) # summarize accuracy mse <- mean((BostonHousing$medv - predictions)^2) print(mse) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) # load dataset data(BostonHousing) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.lm <- train(medv~., data=BostonHousing, method="lm", metric="RMSE", preProc=c("center", "scale"), trControl=control) # summarize fit print(fit.lm) |
2.罗吉斯回归模型
stat包中glm()函数可以用于拟合广义线性模型。它可以用于拟合处理二元分类问题的罗吉斯回归模型。
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# load the library library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # fit model fit <- glm(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, family=binomial(link='logit')) # summarize the fit print(fit) # make predictions probabilities <- predict(fit, PimaIndiansDiabetes[,1:8], type='response') predictions <- ifelse(probabilities > 0.5,'pos','neg') # summarize accuracy table(predictions, PimaIndiansDiabetes$diabetes) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.glm <- train(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, method="glm", metric="Accuracy", preProc=c("center", "scale"), trControl=control) # summarize fit print(fit.glm) |
3.线性判别分析
MASS包中的lda()函数可以用于拟合线性判别分析模型。
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# load the libraries library(MASS) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # fit model fit <- lda(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes) # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, PimaIndiansDiabetes[,1:8])$class # summarize accuracy table(predictions, PimaIndiansDiabetes$diabetes) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.lda <- train(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, method="lda", metric="Accuracy", preProc=c("center", "scale"), trControl=control) # summarize fit print(fit.lda) |
4.正则化回归
glmnet包中的glmnet()函数可以用于拟合正则化分类或回归模型。
分类模型：
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# load the library library(glmnet) library(mlbench) # load data data(PimaIndiansDiabetes) x <- as.matrix(PimaIndiansDiabetes[,1:8]) y <- as.matrix(PimaIndiansDiabetes[,9]) # fit model fit <- glmnet(x, y, family="binomial", alpha=0.5, lambda=0.001) # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, x, type="class") # summarize accuracy table(predictions, PimaIndiansDiabetes$diabetes) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) library(glmnet) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.glmnet <- train(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, method="glmnet", metric="Accuracy", preProc=c("center", "scale"), trControl=control) # summarize fit print(fit.glmnet) |
回归模型：
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# load the libraries library(glmnet) library(mlbench) # load data data(BostonHousing) BostonHousing$chas <- as.numeric(as.character(BostonHousing$chas)) x <- as.matrix(BostonHousing[,1:13]) y <- as.matrix(BostonHousing[,14]) # fit model fit <- glmnet(x, y, family="gaussian", alpha=0.5, lambda=0.001) # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, x, type="link") # summarize accuracy mse <- mean((y - predictions)^2) print(mse) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) library(glmnet) # Load the dataset data(BostonHousing) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.glmnet <- train(medv~., data=BostonHousing, method="glmnet", metric="RMSE", preProc=c("center", "scale"), trControl=control) # summarize fit print(fit.glmnet) |
非线性算法
非线性算法对模型函数形式的限定较少，这类模型通常具有高精度和方差大的特点。
5.k近邻法
caret包中的knn3()函数并没有建立模型，而是直接对训练集数据作出预测。它既可以用于分类模型也可以用于回归模型。
分类模型：
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# knn direct classification # load the libraries library(caret) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # fit model fit <- knn3(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, k=3) # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, PimaIndiansDiabetes[,1:8], type="class") # summarize accuracy table(predictions, PimaIndiansDiabetes$diabetes) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.knn <- train(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, method="knn", metric="Accuracy", preProc=c("center", "scale"), trControl=control) # summarize fit print(fit.knn) |
回归模型：
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# load the libraries library(caret) library(mlbench) # load data data(BostonHousing) BostonHousing$chas <- as.numeric(as.character(BostonHousing$chas)) x <- as.matrix(BostonHousing[,1:13]) y <- as.matrix(BostonHousing[,14]) # fit model fit <- knnreg(x, y, k=3) # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, x) # summarize accuracy mse <- mean((BostonHousing$medv - predictions)^2) print(mse) # caret # load libraries library(caret) data(BostonHousing) # Load the dataset data(BostonHousing) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.knn <- train(medv~., data=BostonHousing, method="knn", metric="RMSE", preProc=c("center", "scale"), trControl=control) # summarize fit print(fit.knn) |
6.朴素贝叶斯算法
e1071包中的naiveBayes()函数可用于拟合分类问题中的朴素贝叶斯模型。
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# load the libraries library(e1071) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # fit model fit <- naiveBayes(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes) # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, PimaIndiansDiabetes[,1:8]) # summarize accuracy table(predictions, PimaIndiansDiabetes$diabetes) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.nb <- train(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, method="nb", metric="Accuracy", trControl=control) # summarize fit print(fit.nb) |
7.支持向量机算法
kernlab包中的ksvm()函数可用于拟合分类和回归问题中的支持向量机模型。
分类模型：
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# Classification Example: # load the libraries library(kernlab) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # fit model fit <- ksvm(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, kernel="rbfdot") # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, PimaIndiansDiabetes[,1:8], type="response") # summarize accuracy table(predictions, PimaIndiansDiabetes$diabetes) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.svmRadial <- train(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, method="svmRadial", metric="Accuracy", trControl=control) # summarize fit print(fit.svmRadial) |
回归模型：
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# Regression Example: # load the libraries library(kernlab) library(mlbench) # load data data(BostonHousing) # fit model fit <- ksvm(medv~., BostonHousing, kernel="rbfdot") # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, BostonHousing) # summarize accuracy mse <- mean((BostonHousing$medv - predictions)^2) print(mse) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) # Load the dataset data(BostonHousing) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.svmRadial <- train(medv~., data=BostonHousing, method="svmRadial", metric="RMSE", trControl=control) # summarize fit print(fit.svmRadial) |
8.分类和回归树
rpart包中的rpart()函数可用于拟合CART分类树和回归树模型。
分类模型：
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# load the libraries library(rpart) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # fit model fit <- rpart(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes) # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, PimaIndiansDiabetes[,1:8], type="class") # summarize accuracy table(predictions, PimaIndiansDiabetes$diabetes) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) # Load the dataset data(PimaIndiansDiabetes) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=5) fit.rpart <- train(diabetes~., data=PimaIndiansDiabetes, method="rpart", metric="Accuracy", trControl=control) # summarize fit print(fit.rpart) |
回归模型：
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# load the libraries library(rpart) library(mlbench) # load data data(BostonHousing) # fit model fit <- rpart(medv~., data=BostonHousing, control=rpart.control(minsplit=5)) # summarize the fit print(fit) # make predictions predictions <- predict(fit, BostonHousing[,1:13]) # summarize accuracy mse <- mean((BostonHousing$medv - predictions)^2) print(mse) # caret # load libraries library(caret) library(mlbench) # Load the dataset data(BostonHousing) # train set.seed(7) control <- trainControl(method="cv", number=2) fit.rpart <- train(medv~., data=BostonHousing, method="rpart", metric="RMSE", trControl=control) # summarize fit print(fit.rpart) |
其他算法
R 语言中还提供了许多caret可以使用的机器学习算法。我建议你去探索更多的算法，并将其运用到你的下个机器学习项目中。
Caret Model List
这个网页上提供了caret中机器学习算法的函数和其相应软件包的映射关系。你可以通过它了解如何利用caret构建机器学习模型。
总结
本文中介绍了八个常用的机器学习算法：
1.线性回归模型
2.罗吉斯回归模型
3.线性判别分析
4.正则化回归
5.k近邻
6.朴素贝叶斯
7.支持向量机
8.分类和回归树
从上文的介绍中，你可以学到如何利用 R 语言中的包和函数实现这些算法。同时你还可以学会如何利用caret包实现上文提到的所有机器学习算法。最后，你还可以将这些算法运用到你的机器学习项目中。
你的下一步计划？
你有没有试验过本文中的算法代码？
1.打开你的 R 语言软件。
2.输入上文中的代码并运行之。
3.查看帮助文档学习更多的函数用法。
