aitech-eks-pub/cw/07_regresja_liniowa_ODPOWIEDZI.ipynb
Jakub Pokrywka f804311da1 reformat
2021-10-05 15:28:02 +02:00

127 KiB
Raw Blame History

Logo 1

Ekstrakcja informacji

7. Regresja liniowa [ćwiczenia]

Jakub Pokrywka (2021)

Logo 2

Regresja liniowa

import bibliotek

import pandas as pd
import numpy as np
from pathlib import Path
import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sklearn.linear_model import LinearRegression
plt.rcParams['figure.figsize'] = [10, 5]

ładowanie zbioru train

DATA_DIR = Path('/home/kuba/Syncthing/przedmioty/2020-02/ISI/zajecia7_regresja_liniowa/mieszkania2')
with open(DATA_DIR / 'names') as f_names:
    names = f_names.read().rstrip('\n').split('\t')
mieszkania_train = pd.read_csv(DATA_DIR/'train/in.tsv', sep ='\t', names=names)
mieszkania_train.head()
isNew rooms floor location sqrMetres
0 False 3 1 Centrum 78
1 False 3 2 Sołacz 62
2 False 3 0 Sołacz 15
3 False 4 0 Sołacz 14
4 False 3 0 Sołacz 15
with open(DATA_DIR/'train'/'expected.tsv','r') as train_exp_f:
    Y_train = np.array([float(x.rstrip('\n')) for x in train_exp_f.readlines()])
Y_train
array([476118., 459531., 411557., ..., 320000., 364000., 209000.])
mieszkania_train['price'] = Y_train
X_train = mieszkania_train['sqrMetres'].to_numpy()

Wizualizacja danych

mieszkania_train
isNew rooms floor location sqrMetres price
0 False 3 1 Centrum 78 476118.0
1 False 3 2 Sołacz 62 459531.0
2 False 3 0 Sołacz 15 411557.0
3 False 4 0 Sołacz 14 496416.0
4 False 3 0 Sołacz 15 406032.0
... ... ... ... ... ... ...
1652 True 2 0 Grunwald 51 299000.0
1653 True 2 2 Centrum 53 339000.0
1654 True 3 4 Stare 65 320000.0
1655 True 3 1 Nowe 67 364000.0
1656 True 3 3 Grunwald 50 209000.0

1657 rows × 6 columns

sns.scatterplot(x='sqrMetres',y='price', data = mieszkania_train, linewidth = 0, s = 5)
<matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot at 0x7f25f864e220>

Pytanie- Jaki jest baseline naszego systemu?

Czym jest regresja liniowa?- przypadek jednowymiarowy

regresja liniowa 1

regresja liniowa 2

regresja liniowa 3

regresja liniowa 4

wzór na regresję w przypadku jednowymiarowym?

$Y = a*X_1 + b$

$Y = w_1 * X_1 + w_0$

Zadanie - napisać funkcję predict_score(sqr_metres) która zwraca cenę mieszkania zgodnie z modelem regresji liniowej ( 5 minut)

Należy samemu wymyślić współczynniki modelu

def predict_price(sqr_metres):
    return 2000* sqr_metres + 200000
predict_price(20)
240000
predict_price(40)
280000
predict_price(55)
310000
predict_price(0)
200000
Y_train_predicted = predict_price(X_train)

Mierzenie błędu

RMSE 1

a

Zadanie - napisać funkcję, która liczy błąd średniowadratowy na całym zbiorze (7 minut)

rmse(Y_true, Y_predicted)

def rmse(Y_true, Y_predicted):
    return np.sqrt(np.sum((Y_true - Y_predicted)**2)/ len(Y_true)) 
rmse(np.array([300_000, 250_000]), np.array([300_000, 250_000]))
0.0
rmse(np.array([305_000, 250_000]) ,np.array([300_000, 350_000]) )
70799.01129253148
rmse(np.array([300_000, 250_000]), np.array([330_000, 360_000]))
80622.57748298549

Zadanie - za pomocą rmse policzyć błąd dla baseline (3 minuty)

np.ones_like(Y_train) * Y_train.mean()
array([357461.18628244, 357461.18628244, 357461.18628244, ...,
       357461.18628244, 357461.18628244, 357461.18628244])
rmse(Y_train, np.ones_like(Y_train) * Y_train.mean())
125698.71268014389

Zadanie - za pomocą rmse policzyc błąd dla predykcji (2 minuty)

rmse(Y_train, Y_train_predicted)
123420.02227684396

Na jakim zbiorze najlepiej sprawdzać wyniki?

RMSE 2

RMSE 3

mieszkania_dev = pd.read_csv(DATA_DIR/'dev-0'/'in.tsv', sep = '\t', names = names)
with open(DATA_DIR/'dev-0'/'expected.tsv','r') as dev_exp_f:
    Y_dev = np.array([float(x.rstrip('\n')) for x in dev_exp_f.readlines()])
mieszkania_dev['price'] = Y_dev
X_dev = mieszkania_dev['sqrMetres'].to_numpy()
sns.scatterplot(x='sqrMetres',y='price', data = mieszkania_dev, linewidth = 0, s = 5)
<matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot at 0x7f25f7e3efd0>

Zadanie - policzyć rmse dla predykcji ze zbioru deweloperskiego modelu baseline i naszego modelu regresji liniowej

Y_dev_predicted = predict_price(X_dev)
rmse(Y_dev, np.ones_like(Y_dev) * Y_dev.mean())
117309.3154367544
rmse(Y_dev, Y_dev_predicted)
104227.56492755697

Przypadek wielowymiarowy

sns.scatterplot(x='floor',y='price', data = mieszkania_train, linewidth = 0, s = 5)
<matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot at 0x7f25f7d67e20>

$Y = w_1 * X_1 + w_2 * X_1 + w_3 * X_3 + w_0$

Zadanie. Napisać analogiczną funkcję predict_price(sqr_metres, floor), policzyć rmse dla takiego modelu ( 7 minut)

def predict_price(sqr_metres, floor):
    return 4000* sqr_metres + (-1000)* floor + 100000
predict_price(50, 2)
298000
predict_price(50, 5)
295000
Y_dev_predicted = predict_price(mieszkania_dev['sqrMetres'], mieszkania_dev['floor'])
rmse(Y_dev, np.mean(Y_train))
---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-1-090db4c912bf> in <module>
----> 1 rmse(Y_dev, np.mean(Y_train))

NameError: name 'rmse' is not defined
rmse(Y_dev, Y_dev_predicted)
100227.89896326358

jak dobrać najlepsze parametry?

sns.lmplot(x='sqrMetres',y='price', data = mieszkania_train)
<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x7f25f7cdd8e0>
lm_model = LinearRegression()
lm_model.fit(mieszkania_train[['isNew','rooms', 'floor', 'sqrMetres']], Y_train)
LinearRegression()
Y_train_predicted = lm_model.predict(mieszkania_train[['isNew','rooms', 'floor', 'sqrMetres']])
rmse(Y_train, Y_train_predicted)
103308.92502763818
Y_dev_predicted = lm_model.predict(mieszkania_dev[['isNew','rooms', 'floor', 'sqrMetres']])
rmse(Y_dev, Y_dev_predicted)
84157.8788905739
lm_model.predict(np.array(([[0, 4, 3, 70]])))
array([469449.27836213])
lm_model.predict(np.array(([[0, 4, 3, 60]])))
array([455982.54297977])
lm_model.coef_
array([ 4522.65059749, 73763.4125433 ,   -78.83243119,  1346.67353824])
lm_model.intercept_
80364.97780599032
0 * 4522.65059749 + 4* 73763.4125433 + 3 * (-78.83243119) + 60 * 1346.67353824 + 80364.97780599032
455982.5429800203
with open(DATA_DIR/'dev-0'/'out.tsv','w') as f_out_file:
    for line in Y_dev_predicted:
        f_out_file.write(str(line))
        f_out_file.write('\n')

Uwaga - regresja linowa działa dobrze tylko dla danych, gdzie występuje korelacja liniowa

RMSE 5

6

Zadanie domowe

Zadanie domowe, proszę wybrać jedno z dwóch:

  • sforkować repozytorium https://git.wmi.amu.edu.pl/kubapok/auta-public
  • Opis zadadania znajduje się w README.md
  • stworzyć model regresji liniowej dla tego zbioru (można użyć gotowych bibliotek)
  • dodać skrypty z rozwiązaniem oraz predykcje dla dev-0 i test-A i sprawdzić czy ewaluacja jest poprawna za pomocą geval
  • wynik zaliczający to max 50_000 RMSE dla dev-0
  • termin 18.05, 50 punktów,Zadanie proszę oddać w MS TEAMS umieszczając link do repo (repo powinno mieć uprawnienia do odczytu dla użytkownika kubapok lub być publiczne).
  • punkty: 40, dla 3 najlepszych wyników na test-A: 70

LUB:

analogicznie dla https://git.wmi.amu.edu.pl/kubapok/retroc2

  • należy użyć wektoryzacji (np tf-dif)
  • wynik zaliczający to max 50 RMSE dla dev-0
  • punkty: 60, dla 3 najlepszych wyników na test-A: 80,