Python实现的简单线性回归算法实例分析

本文实例讲述了Python实现的简单线性回归算法。分享给大家供大家参考,具体如下:

用python实现R的线性模型(lm)中一元线性回归的简单方法,使用R的women示例数据,R的运行结果:

> summary(fit)
Call:
lm(formula = weight ~ height, data = women)
Residuals:
    Min      1Q  Median      3Q     Max
-1.7333 -1.1333 -0.3833  0.7417  3.1167
Coefficients:
             Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) -87.51667    5.93694  -14.74 1.71e-09 ***
height        3.45000    0.09114   37.85 1.09e-14 ***
---
Signif. codes:  0 ‘***' 0.001 ‘**' 0.01 ‘*' 0.05 ‘.' 0.1 ‘ ' 1
Residual standard error: 1.525 on 13 degrees of freedom
Multiple R-squared:  0.991, Adjusted R-squared:  0.9903
F-statistic:  1433 on 1 and 13 DF,  p-value: 1.091e-14

python实现的功能包括:

  1. 计算pearson相关系数
  2. 使用最小二乘法计算回归系数
  3. 计算拟合优度判定系数R2R2
  4. 计算估计标准误差Se
  5. 计算显著性检验的F和P值
import numpy as np
import scipy.stats as ss
class Lm:
  """简单一元线性模型,计算回归系数、拟合优度的判定系数和
  估计标准误差,显著性水平"""
  def __init__(self, data_source, separator):
    self.beta = np.matrix(np.zeros(2))
    self.yhat = np.matrix(np.zeros(2))
    self.r2 = 0.0
    self.se = 0.0
    self.f = 0.0
    self.msr = 0.0
    self.mse = 0.0
    self.p = 0.0
    data_mat = np.genfromtxt(data_source, delimiter=separator)
    self.xarr = data_mat[:, :-1]
    self.yarr = data_mat[:, -1]
    self.ybar = np.mean(self.yarr)
    self.dfd = len(self.yarr) - 2 # 自由度n-2
    return
  # 计算协方差
  @staticmethod
  def cov_custom(x, y):
    result = sum((x - np.mean(x)) * (y - np.mean(y))) / (len(x) - 1)
    return result
  # 计算相关系数
  @staticmethod
  def corr_custom(x, y):
    return Lm.cov_custom(x, y) / (np.std(x, ddof=1) * np.std(y, ddof=1))
  # 计算回归系数
  def simple_regression(self):
    xmat = np.mat(self.xarr)
    ymat = np.mat(self.yarr).T
    xtx = xmat.T * xmat
    if np.linalg.det(xtx) == 0.0:
      print('Can not resolve the problem')
      return
    self.beta = np.linalg.solve(xtx, xmat.T * ymat) # xtx.I * (xmat.T * ymat)
    self.yhat = (xmat * self.beta).flatten().A[0]
    return
  # 计算拟合优度的判定系数R方,即相关系数corr的平方
  def r_square(self):
    y = np.mat(self.yarr)
    ybar = np.mean(y)
    self.r2 = np.sum((self.yhat - ybar) ** 2) / np.sum((y.A - ybar) ** 2)
    return
  # 计算估计标准误差
  def estimate_deviation(self):
    y = np.array(self.yarr)
    self.se = np.sqrt(np.sum((y - self.yhat) ** 2) / self.dfd)
    return
  # 显著性检验F
  def sig_test(self):
    ybar = np.mean(self.yarr)
    self.msr = np.sum((self.yhat - ybar) ** 2)
    self.mse = np.sum((self.yarr - self.yhat) ** 2) / self.dfd
    self.f = self.msr / self.mse
    self.p = ss.f.sf(self.f, 1, self.dfd)
    return
  def summary(self):
    self.simple_regression()
    corr_coe = Lm.corr_custom(self.xarr[:, -1], self.yarr)
    self.r_square()
    self.estimate_deviation()
    self.sig_test()
    print('The Pearson\'s correlation coefficient: %.3f' % corr_coe)
    print('The Regression Coefficient: %s' % self.beta.flatten().A[0])
    print('R square: %.3f' % self.r2)
    print('The standard error of estimate: %.3f' % self.se)
    print('F-statistic: %d on %s and %s DF, p-value: %.3e' % (self.f, 1, self.dfd, self.p))

python执行结果:

The Regression Coefficient: [-87.51666667   3.45      ]
R square: 0.991
The standard error of estimate: 1.525
F-statistic:  1433 on 1 and 13 DF,  p-value: 1.091e-14

其中求回归系数时用矩阵转置求逆再用numpy内置的解线性方程组的方法是最快的:

a = np.mat(women.xarr); b = np.mat(women.yarr).T
timeit (a.I * b)
99.9 µs ± 941 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000 loops each)
timeit ata.I * (a.T*b)
64.9 µs ± 717 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000 loops each)
timeit np.linalg.solve(ata, a.T*b)
15.1 µs ± 126 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

更多关于Python相关内容感兴趣的读者可查看本站专题:《Python数学运算技巧总结》、《Python数据结构与算法教程》、《Python函数使用技巧总结》、《Python字符串操作技巧汇总》及《Python入门与进阶经典教程》

希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。

(0)

相关推荐

  • 基于python中theano库的线性回归

    theano库是做deep learning重要的一部分,其最吸引人的地方之一是你给出符号化的公式之后,能自动生成导数.本文使用梯度下降的方法,进行数据拟合,现在把代码贴在下方 代码块 import numpy as np import theano.tensor as T import theano import time class Linear_Reg(object): def __init__(self,x): self.a = theano.shared(value = np.zero

  • Python编程实现线性回归和批量梯度下降法代码实例

    通过学习斯坦福公开课的线性规划和梯度下降,参考他人代码自己做了测试,写了个类以后有时间再去扩展,代码注释以后再加,作业好多: import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import random class dataMinning: datasets = [] labelsets = [] addressD = '' #Data folder addressL = '' #Label folder npDatasets = np.zer

  • Python编程实现使用线性回归预测数据

    本文中,我们将进行大量的编程--但在这之前,我们先介绍一下我们今天要解决的实例问题. 1) 预测房子价格 房价大概是我们中国每一个普通老百姓比较关心的问题,最近几年保障啊,小编这点微末工资着实有点受不了. 我们想预测特定房子的价值,预测依据是房屋面积. 2) 预测下周哪个电视节目会有更多的观众 闪电侠和绿箭侠是我最喜欢的电视节目,特别是绿箭侠,当初追的昏天黑地的,不过后来由于一些原因,没有接着往下看.我想看看下周哪个节目会有更多的观众. 3) 替换数据集中的缺失值 我们经常要和带有缺失值的数据集

  • Python实现的线性回归算法示例【附csv文件下载】

    本文实例讲述了Python实现的线性回归算法.分享给大家供大家参考,具体如下: 用python实现线性回归 Using Python to Implement Line Regression Algorithm 小菜鸟记录学习过程 代码: #encoding:utf-8 """ Author: njulpy Version: 1.0 Data: 2018/04/09 Project: Using Python to Implement LineRegression Algor

  • Python线性回归实战分析

    一.线性回归的理论 1)线性回归的基本概念 线性回归是一种有监督的学习算法,它介绍的自变量的和因变量的之间的线性的相关关系,分为一元线性回归和多元的线性回归.一元线性回归是一个自变量和一个因变量间的回归,可以看成是多远线性回归的特例.线性回归可以用来预测和分类,从回归方程可以看出自变量和因变量的相互影响关系. 线性回归模型如下: 对于线性回归的模型假定如下: (1) 误差项的均值为0,且误差项与解释变量之间线性无关 (2) 误差项是独立同分布的,即每个误差项之间相互独立且每个误差项的方差是相等的

  • Python数据分析之双色球基于线性回归算法预测下期中奖结果示例

    本文实例讲述了Python数据分析之双色球基于线性回归算法预测下期中奖结果.分享给大家供大家参考,具体如下: 前面讲述了关于双色球的各种算法,这里将进行下期双色球号码的预测,想想有些小激动啊. 代码中使用了线性回归算法,这个场景使用这个算法,预测效果一般,各位可以考虑使用其他算法尝试结果. 发现之前有很多代码都是重复的工作,为了让代码看的更优雅,定义了函数,去调用,顿时高大上了 #!/usr/bin/python # -*- coding:UTF-8 -*- #导入需要的包 import pan

  • Python scikit-learn 做线性回归的示例代码

    一.概述 机器学习算法在近几年大数据点燃的热火熏陶下已经变得被人所"熟知",就算不懂得其中各算法理论,叫你喊上一两个著名算法的名字,你也能昂首挺胸脱口而出.当然了,算法之林虽大,但能者还是有限,能适应某些环境并取得较好效果的算法会脱颖而出,而表现平平者则被历史所淡忘.随着机器学习社区的发展和实践验证,这群脱颖而出者也逐渐被人所认可和青睐,同时获得了更多社区力量的支持.改进和推广. 以最广泛的分类算法为例,大致可以分为线性和非线性两大派别.线性算法有著名的逻辑回归.朴素贝叶斯.最大熵等,

  • python实现机器学习之元线性回归

    一.理论知识准备 1.确定假设函数 如:y=2x+7 其中,(x,y)是一组数据,设共有m个 2.误差cost 用平方误差代价函数 3.减小误差(用梯度下降) 二.程序实现步骤 1.初始化数据 x.y:样本 learning rate:学习率 循环次数loopNum:梯度下降次数 2.梯度下降 循环(循环loopNum次): (1)算偏导(需要一个for循环遍历所有数据) (2)利用梯度下降数学式子 三.程序代码 import numpy as np def linearRegression(d

  • Python数据拟合与广义线性回归算法学习

    机器学习中的预测问题通常分为2类:回归与分类. 简单的说回归就是预测数值,而分类是给数据打上标签归类. 本文讲述如何用Python进行基本的数据拟合,以及如何对拟合结果的误差进行分析. 本例中使用一个2次函数加上随机的扰动来生成500个点,然后尝试用1.2.100次方的多项式对该数据进行拟合. 拟合的目的是使得根据训练数据能够拟合出一个多项式函数,这个函数能够很好的拟合现有数据,并且能对未知的数据进行预测. 代码如下: import matplotlib.pyplot as plt import

  • python实现机器学习之多元线性回归

    总体思路与一元线性回归思想一样,现在将数据以矩阵形式进行运算,更加方便. 一元线性回归实现代码 下面是多元线性回归用Python实现的代码: import numpy as np def linearRegression(data_X,data_Y,learningRate,loopNum): W = np.zeros(shape=[1, data_X.shape[1]]) # W的shape取决于特征个数,而x的行是样本个数,x的列是特征值个数 # 所需要的W的形式为 行=特征个数,列=1 这

  • python编程线性回归代码示例

    用python进行线性回归分析非常方便,有现成的库可以使用比如:numpy.linalog.lstsq例子.scipy.stats.linregress例子.pandas.ols例子等. 不过本文使用sklearn库的linear_model.LinearRegression,支持任意维度,非常好用. 一.二维直线的例子 预备知识:线性方程y=a∗x+b.y=a∗x+b表示平面一直线 下面的例子中,我们根据房屋面积.房屋价格的历史数据,建立线性回归模型. 然后,根据给出的房屋面积,来预测房屋价格

随机推荐