sklearn和keras的數(shù)據(jù)切分與交叉驗證的實例詳解

更新時間：2020年06月19日 09:15:06 作者：焦距

這篇文章主要介紹了sklearn和keras的數(shù)據(jù)切分與交叉驗證的實例詳解，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧

在訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型的時候，通常將數(shù)據(jù)集切分為訓(xùn)練集和驗證集．Keras提供了兩種評估模型性能的方法：

使用自動切分的驗證集

使用手動切分的驗證集

一．自動切分

在Keras中，可以從數(shù)據(jù)集中切分出一部分作為驗證集，并且在每次迭代(epoch)時在驗證集中評估模型的性能．

具體地，調(diào)用model.fit()訓(xùn)練模型時，可通過validation_split參數(shù)來指定從數(shù)據(jù)集中切分出驗證集的比例．

# MLP with automatic validation set
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
import numpy
# fix random seed for reproducibility
numpy.random.seed(7)
# load pima indians dataset
dataset = numpy.loadtxt("pima-indians-diabetes.csv", delimiter=",")
# split into input (X) and output (Y) variables
X = dataset[:,0:8]
Y = dataset[:,8]
# create model
model = Sequential()
model.add(Dense(12, input_dim=8, activation='relu'))
model.add(Dense(8, activation='relu'))
model.add(Dense(1, activation='sigmoid'))
# Compile model
model.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy'])
# Fit the model
model.fit(X, Y, validation_split=0.33, epochs=150, batch_size=10)

validation_split：0~1之間的浮點數(shù)，用來指定訓(xùn)練集的一定比例數(shù)據(jù)作為驗證集。驗證集將不參與訓(xùn)練，并在每個epoch結(jié)束后測試的模型的指標(biāo)，如損失函數(shù)、精確度等。

注意，validation_split的劃分在shuffle之前，因此如果你的數(shù)據(jù)本身是有序的，需要先手工打亂再指定validation_split，否則可能會出現(xiàn)驗證集樣本不均勻。

二．手動切分

Keras允許在訓(xùn)練模型的時候手動指定驗證集．

例如，用sklearn庫中的train_test_split()函數(shù)將數(shù)據(jù)集進(jìn)行切分，然后在keras的model.fit()的時候通過validation_data參數(shù)指定前面切分出來的驗證集．

# MLP with manual validation set
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
from sklearn.model_selection import train_test_split
import numpy
# fix random seed for reproducibility
seed = 7
numpy.random.seed(seed)
# load pima indians dataset
dataset = numpy.loadtxt("pima-indians-diabetes.csv", delimiter=",")
# split into input (X) and output (Y) variables
X = dataset[:,0:8]
Y = dataset[:,8]
# split into 67% for train and 33% for test
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, Y, test_size=0.33, random_state=seed)
# create model
model = Sequential()
model.add(Dense(12, input_dim=8, activation='relu'))
model.add(Dense(8, activation='relu'))
model.add(Dense(1, activation='sigmoid'))
# Compile model
model.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy'])
# Fit the model
model.fit(X_train, y_train, validation_data=(X_test,y_test), epochs=150, batch_size=10)

三．K折交叉驗證（k-fold cross validation）

將數(shù)據(jù)集分成k份，每一輪用其中(k-1)份做訓(xùn)練而剩余1份做驗證，以這種方式執(zhí)行k輪，得到k個模型．將k次的性能取平均，作為該算法的整體性能．k一般取值為5或者10．

優(yōu)點：能比較魯棒性地評估模型在未知數(shù)據(jù)上的性能．

缺點：計算復(fù)雜度較大．因此，在數(shù)據(jù)集較大，模型復(fù)雜度較高，或者計算資源不是很充沛的情況下，可能不適用，尤其是在訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型的時候．

sklearn.model_selection提供了KFold以及RepeatedKFold, LeaveOneOut, LeavePOut, ShuffleSplit, StratifiedKFold, GroupKFold, TimeSeriesSplit等變體．

下面的例子中用的StratifiedKFold采用的是分層抽樣，它保證各類別的樣本在切割后每一份小數(shù)據(jù)集中的比例都與原數(shù)據(jù)集中的比例相同．

# MLP for Pima Indians Dataset with 10-fold cross validation
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
from sklearn.model_selection import StratifiedKFold
import numpy
# fix random seed for reproducibility
seed = 7
numpy.random.seed(seed)
# load pima indians dataset
dataset = numpy.loadtxt("pima-indians-diabetes.csv", delimiter=",")
# split into input (X) and output (Y) variables
X = dataset[:,0:8]
Y = dataset[:,8]
# define 10-fold cross validation test harness
kfold = StratifiedKFold(n_splits=10, shuffle=True, random_state=seed)
cvscores = []
for train, test in kfold.split(X, Y):
 # create model
  model = Sequential()
  model.add(Dense(12, input_dim=8, activation='relu'))
  model.add(Dense(8, activation='relu'))
  model.add(Dense(1, activation='sigmoid'))
  # Compile model
  model.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy'])
  # Fit the model
  model.fit(X[train], Y[train], epochs=150, batch_size=10, verbose=0)
  # evaluate the model
  scores = model.evaluate(X[test], Y[test], verbose=0)
  print("%s: %.2f%%" % (model.metrics_names[1], scores[1]*100))
  cvscores.append(scores[1] * 100)
print("%.2f%% (+/- %.2f%%)" % (numpy.mean(cvscores), numpy.std(cvscores)))

補充知識：訓(xùn)練集，驗證集和測試集

訓(xùn)練集：通過最小化目標(biāo)函數(shù)（損失函數(shù) + 正則項），用來訓(xùn)練模型的參數(shù)。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)最小化時，完成對模型的訓(xùn)練。

驗證集：用來選擇模型的階數(shù)。目標(biāo)函數(shù)最小的模型對應(yīng)的階數(shù)，為模型的最終選擇的階數(shù)。

注：

1. 驗證集會在訓(xùn)練過程中，反復(fù)使用，機(jī)器學(xué)習(xí)中作為選擇不同模型的評判標(biāo)準(zhǔn)，深度學(xué)習(xí)中作為選擇網(wǎng)絡(luò)層數(shù)和每層節(jié)點數(shù)的評判標(biāo)準(zhǔn)。

2. 驗證集的使用并非必不可少，如果網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)和節(jié)點數(shù)已經(jīng)確定，則不需要這一步操作。

測試集：評估模型的泛化能力。根據(jù)選擇的已經(jīng)訓(xùn)練好的模型，評估它的泛化能力。

注：

測試集評判的是最終訓(xùn)練好的模型的泛化能力，只進(jìn)行一次評判。

以上這篇sklearn和keras的數(shù)據(jù)切分與交叉驗證的實例詳解就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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