线性回归是基本的统计和机器学习技术之一。经济,计算机科学,社会科学等等学科中,无论是统计分析,或者是机器学习,还是科学计算,都有很大的机会需要用到线性模型。建议先学习它,然后再尝试更复杂的方法。本文主要介绍如何逐步在Python中实现线性回归。

回归
回归分析是统计和机器学习中最重要的领域之一。有许多可用的回归方法。线性回归就是其中之一。而线性回归可能是最重要且使用最广泛的回归技术之一。这是最简单的回归方法之一。它的主要优点之一是线性回归得到的结果十分容易解释。那么回归主要有:

  • 简单线性回归
  • 多元线性回归
  • 多项式回归

如何在python中实现线性回归:用到的packages

NumPy
NumPy是Python的基础科学软件包,它允许在单维和多维数组上执行许多高性能操作。

scikit-learn
scikit-learn是在NumPy和其他一些软件包的基础上广泛使用的Python机器学习库。它提供了预处理数据,减少维数,实现回归,分类,聚类等的方法。

statsmodels
如果要实现线性回归并且需要功能超出scikit-learn的范围,则应考虑使用statsmodels可以用于估算统计模型,执行测试等。

scikit-learn的简单线性回归

1.导入用到的packages和类

Python ridge回归模型 python中回归分析_python


2.创建数据

Python ridge回归模型 python中回归分析_python_02


现在就生成了两个数组:输入x(回归变量)和输出y(预测变量),来看看:

Python ridge回归模型 python中回归分析_数据分析_03


可以看到x是二维的而y是一维的,因为在复杂一点的模型中,系数不只一个。这里就用到了.reshape()来进行转换。

3.建立模型

创建一个类的实例LinearRegression,它将代表回归模型:

Python ridge回归模型 python中回归分析_python_04


现在开始拟合模型,首先可以调用.fit()函数来得到优的 ₀和 ₁,具体有下面两种等价方法:

Python ridge回归模型 python中回归分析_python_05


4.查看结果拟合模型之后就是查看与模型相关的各项参数:

Python ridge回归模型 python中回归分析_python_06


.score()函数可以获得模型的 ²,再看看系数:

Python ridge回归模型 python中回归分析_数据分析_07


可以看到系数和截距分别为[0.54]和5.6333,注意系数是一个二维数组哦。

5.预测效果

一般而言,线性模型最后就是用来预测,我们来看下预测效果:

Python ridge回归模型 python中回归分析_线性代数_08


当然也可以使用下面的方法:

Python ridge回归模型 python中回归分析_Python ridge回归模型_09


除了可以利用样本内的数据进行预测,也可以用样本外的数据进行预测。

Python ridge回归模型 python中回归分析_线性代数_10


至此,一个简单的线性回归模型就建立起来了。

scikit-learn的多元线性回归

1.导入包和类,并创建数据

Python ridge回归模型 python中回归分析_线性代数_11


看看数据

Python ridge回归模型 python中回归分析_Python ridge回归模型_12


2.建立多元回归模型

Python ridge回归模型 python中回归分析_数据分析_13


3.查看结果

Python ridge回归模型 python中回归分析_数据分析_14


4.预测

Python ridge回归模型 python中回归分析_数据分析_15


所有的结果都在结果里,就不再过多解释。再看看多项式回归如何实现。多项式回归

1.导入包和创建数据:

Python ridge回归模型 python中回归分析_python_16


多项式回归和之前不一样的是需要对数据转换,因为模型里包含 ²等变量,所以在创建数据之后要将x转换为 ²。

Python ridge回归模型 python中回归分析_线性代数_17


再看看数据

Python ridge回归模型 python中回归分析_Python ridge回归模型_18


2.建模接下来的步骤就和之前的类似了。其实多项式回归只是多了个数据转换的步骤,因此从某种意义上,多项式回归也算是线性回归。

Python ridge回归模型 python中回归分析_数据挖掘_19


3.查看结果

Python ridge回归模型 python中回归分析_线性代数_20


4.预测

Python ridge回归模型 python中回归分析_线性代数_21


那么本次多项式回归的所有结果都在上面了,一目了然。