08.线性回归 Linear Regression

朋远方 • 2022年11月15日上午10:54 • 学习笔记 • 739 views

一元线性回归

假设你想计算匹萨的价格。虽然看看菜单就知道了，不过也可以用机器学习方法建一个线性回归模型，通过分析匹萨直径与价格的线性关系，来预测任意直径匹萨的价格。假设我们查到了部分匹萨的直径与价格的数据，这就构成了训练数据，如下表所示：

import matplotlib.pyplot as plt
def runplt():
	plt.figure()
	plt.title("Cost and diameter")
	plt.xlabel("Diameter/inch")
	plt.ylabel("Cost/dollar")
	plt.axis([0,25,0,30])
	plt.grid(True)
	return plt
plt = runplt()
X = [[6],[8],[10],[14],[18]]
y = [[7],[9],[13],[17.5],[18]]
plt.plot(X,y,'k.')
plt.show()

上图中，x轴表示匹萨直径，y轴表示匹萨价格。能够看出，匹萨价格与其直径正相关，这与我们的日常经验也比较吻合，自然是越大越贵。

下面就用 scikit-learn 来建模

# 创建并拟合模型
from sklearn.linear_model import LinearRegression
model = LinearRegression()
model.fit(X,y)
print("Predict 12 inch cost:$%.2f" % model.predict([[12]]))

Predict 12 inch cost:$13.68

一元线性回归假设输入变量和输出变量之间存在线性关系，这个线性模型所构成的空间是一个超平面（hyperplane）。超平面是 n 维欧氏空间中维度减一的线性子空间，如平面中的直线、空间中的平面，总比包含它的空间少一维。在一元线性回归中，一个维度是输入变量，另一个维度是输出变量，总共两维。因此，其超平面只有一维，就是一条线。
上述代码中 sklearn.linear_model.LinearRegression 类是一个估计器（estimator）。估计器依据观测值来预测结果。在 scikit-learn 里面，所有的估计器都带有 fit() 和 predict() 方法。 fit() 用来分析模型参数，predict() 是通过 fit() 算出的模型参数构成的模型，对解释变量进行预测获得的值。因为所有的估计器都有这两种方法，所有 scikit-learn 很容易实验不同的模型。 LinearRegression 类的 fit() 方法学习下面的一元线性回归模型：

y 表示输出变量的预测值，本例指匹萨价格预测值， x是输入变量，本例指匹萨直径。截距和相关系数是线性回归模型最关心的事情。下图中的直线就是匹萨直径与价格的线性关系。用这个模型，可以计算不同直径的价格。

plt = runplt()
X = [[6],[8],[10],[14],[18]]
y = [[7],[9],[13],[17.5],[18]]
model = LinearRegression()
model.fit(X,y)
X2 = [[0], [10], [14], [25]]
y2 = model.predict(X2)
plt.plot(X, y, 'k.')
plt.plot(X2, y2, 'g-')
plt.show()