如何将Scikit-learn Python库用于数据科学项目

灵活多样的 Python 库为数据分析和数据挖掘提供了强力的机器学习工具。

Scikit-learn Python 库最初于 2007 年发布，通常用于解决各种方面的机器学习和数据科学问题。这个多种功能的库提供了整洁、一致、高效的 API 和全面的在线文档。

什么是 Scikit-learn？

Scikit-learn 是一个开源 Python 库，拥有强大的数据分析和数据挖掘工具。 在 BSD 许可下可用，并建立在以下机器学习库上：

• NumPy，一个用于操作多维数组和矩阵的库。它还具有广泛的数学函数汇集，可用于执行各种计算。
• SciPy，一个由各种库组成的生态系统，用于完成技术计算任务。
• Matplotlib，一个用于绘制各种图表和图形的库。

Scikit-learn 提供了广泛的内置算法，可以充分用于数据科学项目。

以下是使用 Scikit-learn 库的主要方法。

1、分类

分类工具识别与提供的数据相关联的类别。例如，它们可用于将电子邮件分类为垃圾邮件或非垃圾邮件。

Scikit-learn 中的分类算法包括：

• 支持向量机Support vector machines（SVM）
• 最邻近Nearest neighbors
• 随机森林Random forest

2、回归

回归涉及到创建一个模型去试图理解输入和输出数据之间的关系。例如，回归工具可用于理解股票价格的行为。

回归算法包括：

• 支持向量机Support vector machines（SVM）
• 岭回归Ridge regression
• Lasso（LCTT 译注：Lasso 即 least absolute shrinkage and selection operator，又译为最小绝对值收敛和选择算子、套索算法）

3、聚类

Scikit-learn 聚类工具用于自动将具有相同特征的数据分组。 例如，可以根据客户数据的地点对客户数据进行细分。

聚类算法包括：

• K-means
• 谱聚类Spectral clustering
• Mean-shift

4、降维

降维降低了用于分析的随机变量的数量。例如，为了提高可视化效率，可能不会考虑外围数据。

降维算法包括：

• 主成分分析Principal component analysis（PCA）
• 功能选择Feature selection
• 非负矩阵分解Non-negative matrix factorization

5、模型选择

模型选择算法提供了用于比较、验证和选择要在数据科学项目中使用的最佳参数和模型的工具。

通过参数调整能够增强精度的模型选择模块包括：

• 网格搜索Grid search
• 交叉验证Cross-validation
• 指标Metrics

6、预处理

Scikit-learn 预处理工具在数据分析期间的特征提取和规范化中非常重要。 例如，您可以使用这些工具转换输入数据（如文本）并在分析中应用其特征。

预处理模块包括：

• 预处理
• 特征提取

Scikit-learn 库示例

让我们用一个简单的例子来说明如何在数据科学项目中使用 Scikit-learn 库。

我们将使用鸢尾花花卉数据集，该数据集包含在 Scikit-learn 库中。 鸢尾花数据集包含有关三种花种的 150 个细节，三种花种分别为：

• Setosa：标记为 0
• Versicolor：标记为 1
• Virginica：标记为 2

数据集包括每种花种的以下特征（以厘米为单位）：

• 萼片长度
• 萼片宽度
• 花瓣长度
• 花瓣宽度

第 1 步：导入库

由于鸢尾花花卉数据集包含在 Scikit-learn 数据科学库中，我们可以将其加载到我们的工作区中，如下所示：

from sklearn import datasets


iris = datasets.load_iris()

这些命令从 sklearn 导入数据集 datasets 模块，然后使用 datasets 中的 load_iris() 方法将数据包含在工作空间中。

第 2 步：获取数据集特征

数据集 datasets 模块包含几种方法，使您更容易熟悉处理数据。

在 Scikit-learn 中，数据集指的是类似字典的对象，其中包含有关数据的所有详细信息。 使用 .data 键存储数据，该数据列是一个数组列表。

例如，我们可以利用 iris.data 输出有关鸢尾花花卉数据集的信息。

print(iris.data)

这是输出（结果已被截断）：

[[5.1 3.5 1.4 0.2]


 [4.9 3.  1.4 0.2]


 [4.7 3.2 1.3 0.2]


 [4.6 3.1 1.5 0.2]


 [5.  3.6 1.4 0.2]


 [5.4 3.9 1.7 0.4]


 [4.6 3.4 1.4 0.3]


 [5.  3.4 1.5 0.2]


 [4.4 2.9 1.4 0.2]


 [4.9 3.1 1.5 0.1]


 [5.4 3.7 1.5 0.2]


 [4.8 3.4 1.6 0.2]


 [4.8 3.  1.4 0.1]


 [4.3 3.  1.1 0.1]


 [5.8 4.  1.2 0.2]


 [5.7 4.4 1.5 0.4]


 [5.4 3.9 1.3 0.4]


 [5.1 3.5 1.4 0.3]

我们还使用 iris.target 向我们提供有关花朵不同标签的信息。

print(iris.target)

这是输出：

[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0


 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1


 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2


 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2


 2 2]

如果我们使用 iris.target_names，我们将输出数据集中找到的标签名称的数组。

print(iris.target_names)

以下是运行 Python 代码后的结果：

['setosa' 'versicolor' 'virginica']

第 3 步：可视化数据集

我们可以使用箱形图来生成鸢尾花数据集的视觉描绘。 箱形图说明了数据如何通过四分位数在平面上分布的。

以下是如何实现这一目标：

import seaborn as sns


box_data = iris.data  # 表示数据数组的变量


box_target = iris.target  # 表示标签数组的变量


sns.boxplot(data = box_data,width=0.5,fliersize=5)


sns.set(rc={'figure.figsize':(2,15)})

让我们看看结果：

在横轴上：

• 0 是萼片长度
• 1 是萼片宽度
• 2 是花瓣长度
• 3 是花瓣宽度

垂直轴的尺寸以厘米为单位。

总结

以下是这个简单的 Scikit-learn 数据科学教程的完整代码。