本文目录一览：
- 1、python gradientboostingregressor可以做预测吗
- 2、如何用Python在10分钟内建立一个预测模型
- 3、如何用python作空间自回归模型
- 4、如何用神经网络实现连续型变量的回归预测？
python gradientboostingregressor可以做预测吗
可以
最近项目中涉及基于Gradient Boosting Regression 算法拟合时间序列曲线的内容，利用python机器学习包 scikit-learn 中的GradientBoostingRegressor完成
因此就学习了下Gradient Boosting算法，在这里分享下我的理解
Boosting 算法简介
Boosting算法，我理解的就是两个思想：
1）“三个臭皮匠顶个诸葛亮”，一堆弱分类器的组合就可以成为一个强分类器；
2）“知错能改，善莫大焉”，不断地在错误中学习，迭代来降低犯错概率
当然，要理解好Boosting的思想，首先还是从弱学习算法和强学习算法来引入：
1）强学习算法：存在一个多项式时间的学习算法以识别一组概念，且识别的正确率很高；
2）弱学习算法：识别一组概念的正确率仅比随机猜测略好；
Kearns Valiant证明了弱学习算法与强学习算法的等价问题，如果两者等价，只需找到一个比随机猜测略好的学习算法，就可以将其提升为强学习算法。
那么是怎么实现“知错就改”的呢？
Boosting算法，通过一系列的迭代来优化分类结果，每迭代一次引入一个弱分类器，来克服现在已经存在的弱分类器组合的shortcomings
在Adaboost算法中，这个shortcomings的表征就是权值高的样本点
而在Gradient Boosting算法中,这个shortcomings的表征就是梯度
无论是Adaboost还是Gradient Boosting，都是通过这个shortcomings来告诉学习器怎么去提升模型，也就是“Boosting”这个名字的由来吧
Adaboost算法
Adaboost是由Freund 和 Schapire在1997年提出的，在整个训练集上维护一个分布权值向量W,用赋予权重的训练集通过弱分类算法产生分类假设（基学习器）y(x),然后计算错误率,用得到的错误率去更新分布权值向量w,对错误分类的样本分配更大的权值,正确分类的样本赋予更小的权值。每次更新后用相同的弱分类算法产生新的分类假设,这些分类假设的序列构成多分类器。对这些多分类器用加权的方法进行联合,最后得到决策结果。
其结构如下图所示：
前一个学习器改变权重w，然后再经过下一个学习器，最终所有的学习器共同组成最后的学习器。
如果一个样本在前一个学习器中被误分，那么它所对应的权重会被加重，相应地，被正确分类的样本的权重会降低。
这里主要涉及到两个权重的计算问题：
1）样本的权值
1 没有先验知识的情况下,初始的分布应为等概分布,样本数目为n,权值为1/n
2 每一次的迭代更新权值，提高分错样本的权重
2）弱学习器的权值
1 最后的强学习器是通过多个基学习器通过权值组合得到的。
2 通过权值体现不同基学习器的影响,正确率高的基学习器权重高。实际上是分类误差的一个函数
Gradient Boosting
和Adaboost不同，Gradient Boosting 在迭代的时候选择梯度下降的方向来保证最后的结果最好。
损失函数用来描述模型的“靠谱”程度，假设模型没有过拟合，损失函数越大，模型的错误率越高
如果我们的模型能够让损失函数持续的下降，则说明我们的模型在不停的改进，而最好的方式就是让损失函数在其梯度方向上下降。
下面这个流程图是Gradient Boosting的经典图了，数学推导并不复杂，只要理解了Boosting的思想，不难看懂
这里是直接对模型的函数进行更新，利用了参数可加性推广到函数空间。
训练F0-Fm一共m个基学习器，沿着梯度下降的方向不断更新ρm和am
GradientBoostingRegressor实现
python中的scikit-learn包提供了很方便的GradientBoostingRegressor和GBDT的函数接口，可以很方便的调用函数就可以完成模型的训练和预测
GradientBoostingRegressor函数的参数如下：
class sklearn.ensemble.GradientBoostingRegressor(loss='ls', learning_rate=0.1, n_estimators=100, subsample=1.0, min_samples_split=2, min_samples_leaf=1, min_weight_fraction_leaf=0.0, max_depth=3, init=None, random_state=None, max_features=None, alpha=0.9, verbose=0, max_leaf_nodes=None, warm_start=False, presort='auto')[source]¶
loss: 选择损失函数，默认值为ls(least squres)
learning_rate: 学习率，模型是0.1
n_estimators: 弱学习器的数目，默认值100
max_depth: 每一个学习器的最大深度，限制回归树的节点数目，默认为3
min_samples_split: 可以划分为内部节点的最小样本数，默认为2
min_samples_leaf: 叶节点所需的最小样本数，默认为1
……
可以参考
官方文档里带了一个很好的例子，以500个弱学习器，最小平方误差的梯度提升模型，做波士顿房价预测，代码和结果如下：
1 import numpy as np 2 import matplotlib.pyplot as plt 3 4 from sklearn import ensemble 5 from sklearn import datasets 6 from sklearn.utils import shuffle 7 from sklearn.metrics import mean_squared_error 8 9 ###############################################################################10 # Load data11 boston = datasets.load_boston()12 X, y = shuffle(boston.data, boston.target, random_state=13)13 X = X.astype(np.float32)14 offset = int(X.shape[0] * 0.9)15 X_train, y_train = X[:offset], y[:offset]16 X_test, y_test = X[offset:], y[offset:]17 18 ###############################################################################19 # Fit regression model20 params = {'n_estimators': 500, 'max_depth': 4, 'min_samples_split': 1,21 'learning_rate': 0.01, 'loss': 'ls'}22 clf = ensemble.GradientBoostingRegressor(**params)23 24 clf.fit(X_train, y_train)25 mse = mean_squared_error(y_test, clf.predict(X_test))26 print("MSE: %.4f" % mse)27 28 ###############################################################################29 # Plot training deviance30 31 # compute test set deviance32 test_score = np.zeros((params['n_estimators'],), dtype=np.float64)33 34 for i, y_pred in enumerate(clf.staged_predict(X_test)):35 test_score[i] = clf.loss_(y_test, y_pred)36 37 plt.figure(figsize=(12, 6))38 plt.subplot(1, 2, 1)39 plt.title('Deviance')40 plt.plot(np.arange(params['n_estimators']) + 1, clf.train_score_, 'b-',41 label='Training Set Deviance')42 plt.plot(np.arange(params['n_estimators']) + 1, test_score, 'r-',43 label='Test Set Deviance')44 plt.legend(loc='upper right')45 plt.xlabel('Boosting Iterations')46 plt.ylabel('Deviance')47 48 ###############################################################################49 # Plot feature importance50 feature_importance = clf.feature_importances_51 # make importances relative to max importance52 feature_importance = 100.0 * (feature_importance / feature_importance.max())53 sorted_idx = np.argsort(feature_importance)54 pos = np.arange(sorted_idx.shape[0]) + .555 plt.subplot(1, 2, 2)56 plt.barh(pos, feature_importance[sorted_idx], align='center')57 plt.yticks(pos, boston.feature_names[sorted_idx])58 plt.xlabel('Relative Importance')59 plt.title('Variable Importance')60 plt.show()
可以发现，如果要用Gradient Boosting 算法的话，在sklearn包里调用还是非常方便的，几行代码即可完成，大部分的工作应该是在特征提取上。
感觉目前做数据挖掘的工作，特征设计是最重要的，据说现在kaggle竞赛基本是GBDT的天下，优劣其实还是特征上，感觉做项目也是，不断的在研究数据中培养对数据的敏感度。
如何用Python在10分钟内建立一个预测模型
有各种各样的方法可以验证你模型性能，建议你将训练数据集划分为训练集和验证集（理想的比例是7030并且在70%训练数据集上建模。现在使用30%验证数据集进行交叉验证并使用评价指标进行性能评估。最后需要12分钟执行和记录结果。
本文的目的不是赢得竞赛，而是建立我自己的基准。让我用python代码来执行上面的方法，建立你第一个有较高影响的模型。
如何用python作空间自回归模型
基本形式
线性模型(linear model)就是试图通过属性的线性组合来进行预测的函数，基本形式如下：
f(x)=wTx+b
许多非线性模型可在线性模型的基础上通过引入层结构或者高维映射（比如核方法）来解决。线性模型有很好的解释性。
线性回归
线性回归要求均方误差最小:
(w∗,b∗)=argmin∑i=1m(f(xi)−yi)2
均方误差有很好的几何意义，它对应了常用的欧式距离(Euclidean distance)。基于均方误差最小化来进行模型求解称为最小二乘法(least square method)，线性回归中，最小二乘发就是试图找到一条直线，使得所有样本到直线的欧式距离之和最小。
我们把上式写成矩阵的形式：
w∗=argmin(y−Xw)T(y−Xw)
这里我们把b融合到w中，X中最后再加一列1。为了求最小值，我们对w求导并令其为0：
2XT(Xw−y)=0
当XTX为满秩矩阵(full-rank matrix)时是可逆的。此时：
w=(XTX)−1XTy
令xi=(xi,1)，可以得到线性回归模型：
f(xi)=xTi(XTX)−1XTy
如何用神经网络实现连续型变量的回归预测？
神经网络最开始是机器学习的一种模型，但其训练的时间和其他几种模型相比不占优势，且结果也不尽人意，所以一直没有被广泛使用。但随着数学的深入研究以及计算机硬件质量的提高，尤其是GPU的出现，给深度学习的广泛应用提供了基础。GPU最初是为了给游戏玩家带来高质量的视觉体验，由于其处理矩阵运算的能力特别优秀，也被用于深度学习中模型的训练，以往数十天才能训练好的模型在GPU上训练几天就可以训练好，大大减少了深度学习的训练时间，因而深度学习的应用越来越多。
神经网络作为深度学习最主要的模型，人工神经网络ANN是最基础的神经网络结构，其工作原理很像人类大脑中的神经。神经元是ANN的工作单元，每个神经元含有权重和偏置，神经元将上一层神经元传递过来的值通过权重和偏置的运算，得到新的结果，将该结果传递给下一层神经元，通过不断的传递，最终获得输出结果。
要想用神经网络实现连续型变量的回归预测，需要将该N维变量的数据作为输入，中间再设置隐藏层和每一层的神经元个数，至于隐藏层的层数则需要多次训练才能得出较准确的层数。而最后输出层的值和实际变量的值会有误差，神经网络会通过不断地训练，更改权重和偏置的值来使误差尽可能的小，当误差小到一定程度，该神经网络的回归预测就算成功了。
通常使用Python来搭建神经网络，Python自带深度学习的一些库，在进行回归预测时，我们只需用调用函数，设定几个参数，如隐藏层层数和神经元个数等，剩下的就是等模型自行训练，最终便能完成回归预测，非常的方便。
