Python 普通最小二乘法(OLS)进行多项式拟合的方法

Python  /  管理员 发布于 7年前   363

多元函数拟合。如 电视机和收音机价格多销售额的影响，此时自变量有两个。

python 解法：

import numpy as npimport pandas as pd#import statsmodels.api as sm #方法一import statsmodels.formula.api as smf #方法二import matplotlib.pyplot as pltfrom mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D df = pd.read_csv('http://www-bcf.usc.edu/~gareth/ISL/Advertising.csv', index_col=0)X = df[['TV', 'radio']]y = df['sales'] #est = sm.OLS(y, sm.add_constant(X)).fit() #方法一est = smf.ols(formula='sales ~ TV + radio', data=df).fit() #方法二y_pred = est.predict(X) df['sales_pred'] = y_predprint(df)print(est.summary()) #回归结果print(est.params) #系数 fig = plt.figure()ax = fig.add_subplot(111, projection='3d') #ax = Axes3D(fig)ax.scatter(X['TV'], X['radio'], y, c='b', marker='o')ax.scatter(X['TV'], X['radio'], y_pred, c='r', marker='+')ax.set_xlabel('X Label')ax.set_ylabel('Y Label')ax.set_zlabel('Z Label')plt.show()

拟合的各项评估结果和参数都打印出来了，其中结果函数为：

f(sales) = β0 + β1*[TV] + β2*[radio]

f(sales) = 2.9211 + 0.0458 * [TV] + 0.188 * [radio]

图中，sales 方向上，蓝色点为原 sales 实际值，红色点为拟合函数计算出来的值。其实误差并不大，部分数据如下。

同样可拟合一元函数;

import numpy as npimport pandas as pdimport statsmodels.formula.api as smfimport matplotlib.pyplot as pltfrom mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D df = pd.read_csv('http://www-bcf.usc.edu/~gareth/ISL/Advertising.csv', index_col=0)X = df['TV']y = df['sales'] est = smf.ols(formula='sales ~ TV ', data=df).fit()y_pred = est.predict(X)print(est.summary())fig = plt.figure()ax = fig.add_subplot(111)ax.scatter(X, y, c='b')ax.plot(X, y_pred, c='r')plt.show()

Ridge Regression:（岭回归交叉验证）

岭回归(ridge regression, Tikhonov regularization)是一种专用于共线性数据分析的有偏估计回归方法，实质上是一种改良的最小二乘估计法，通过放弃最小二乘法的无偏性，以损失部分信息、降低精度为代价获得回归系数更为符合实际、更可靠的回归方法，对病态数据的拟合要强于最小二乘法。通常岭回归方程的R平方值会稍低于普通回归分析，但回归系数的显著性往往明显高于普通回归，在存在共线性问题和病态数据偏多的研究中有较大的实用价值。

import numpy as npimport pandas as pdimport matplotlib.pyplot as pltfrom sklearn import linear_modelfrom mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D df = pd.read_csv('http://www-bcf.usc.edu/~gareth/ISL/Advertising.csv', index_col=0)X = np.asarray(df[['TV', 'radio']])y = np.asarray(df['sales']) clf = linear_model.RidgeCV(alphas=[i+1 for i in np.arange(200.0)]).fit(X, y)y_pred = clf.predict(X)df['sales_pred'] = y_predprint(df)print("alpha=%s, 常数=%.2f, 系数=%s" % (clf.alpha_ ,clf.intercept_,clf.coef_)) fig = plt.figure()ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')ax.scatter(df['TV'], df['radio'], y, c='b', marker='o')ax.scatter(df['TV'], df['radio'], y_pred, c='r', marker='+')ax.set_xlabel('TV')ax.set_ylabel('radio')ax.set_zlabel('sales')plt.show()

输出结果：alpha=150.0, 常数=2.94, 系数=[ 0.04575621 0.18735312]

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