机器学习算法的随机数据生成

在学习机器学习算法的过程中,我们经常需要数据来验证算法,调试参数。但是找到一组十分合适某种特定算法类型的数据样本却不那么容易。还好numpy, scikit-learn都提供了随机数据生成的功能,我们可以自己生成适合某一种模型的数据,用随机数据来做清洗,归一化,转换,然后选择模型与算法做拟合和预测。下面对scikit-learn和numpy生成数据样本的方法做一个总结。

1. numpy随机数据生成API

    numpy比较适合用来生产一些简单的抽样数据。API都在random类中,常见的API有:

    1) rand(d0, d1, ..., dn) 用来生成d0xd1x...dn维的数组。数组的值在[0,1]之间

    例如:np.random.rand(3,2,2),输出如下3x2x2的数组

array([[[ 0.49042678,  0.60643763],
        [ 0.18370487,  0.10836908]],

      [[ 0.38269728,  0.66130293],
        [ 0.5775944 ,  0.52354981]],

      [[ 0.71705929,  0.89453574],
        [ 0.36245334,  0.37545211]]])  

    2) randn((d0, d1, ..., dn), 也是用来生成d0xd1x...dn维的数组。不过数组的值服从N(0,1)的标准正态分布。

    例如:np.random.randn(3,2),输出如下3x2的数组,这些值是N(0,1)的抽样数据。

array([[-0.5889483 , -0.34054626],
      [-2.03094528, -0.21205145],
      [-0.20804811, -0.97289898]])

如果需要服从N(μ,σ 2 )  N(μ,σ2) 的正态分布,只需要在randn上每个生成的值x上做变换σx+μ σx+μ 即可,例如:

例如:2*np.random.randn(3,2) + 1,输出如下3x2的数组,这些值是N(1,4)的抽样数据。

array([[ 2.32910328, -0.677016  ],
      [-0.09049511,  1.04687598],
      [ 2.13493001,  3.30025852]])

3)randint(low[, high, size]),生成随机的大小为size的数据,size可以为整数,为矩阵维数,或者张量的维数。值位于半开区间 [low, high)。

    例如:np.random.randint(3, size=[2,3,4])返回维数维2x3x4的数据。取值范围为最大值为3的整数。

      array([[[2, 1, 2, 1],
          [0, 1, 2, 1],
          [2, 1, 0, 2]],

          [[0, 1, 0, 0],
          [1, 1, 2, 1],
          [1, 0, 1, 2]]])

    再比如: np.random.randint(3, 6, size=[2,3]) 返回维数为2x3的数据。取值范围为[3,6).

      array([[4, 5, 3],
        [3, 4, 5]])

    4) random_integers(low[, high, size]),和上面的randint类似,区别在与取值范围是闭区间[low, high]。

    5) random_sample([size]), 返回随机的浮点数,在半开区间 [0.0, 1.0)。如果是其他区间[a,b),可以加以转换(b - a) * random_sample([size]) + a

    例如: (5-2)*np.random.random_sample(3)+2 返回[2,5)之间的3个随机数。

      array([ 2.87037573,  4.33790491,  2.1662832 ])

2. scikit-learn随机数据生成API介绍

    scikit-learn生成随机数据的API都在datasets类之中,和numpy比起来,可以用来生成适合特定机器学习模型的数据。常用的API有:

    1) 用make_regression 生成回归模型的数据

    2) 用make_hastie_10_2,make_classification或者make_multilabel_classification生成分类模型数据

    3) 用make_blobs生成聚类模型数据

    4) 用make_gaussian_quantiles生成分组多维正态分布的数据

3. scikit-learn随机数据生成实例 3.1 回归模型随机数据

    这里我们使用make_regression生成回归模型数据。几个关键参数有n_samples(生成样本数), n_features(样本特征数),noise(样本随机噪音)和coef(是否返回回归系数)。例子代码如下:

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