EduCoder平台：机器学习—朴素贝叶斯分类器
第1关：条件概率
第2关：贝叶斯公式
第3关：朴素贝叶斯分类算法流程
编程要求：
根据提示，完成fit与predict函数，分别实现模型的训练与预测。（PS:在fit函数中需要将预测时需要的概率保存到self.label_prob和self.condition_prob这两个变量中）
其中fit函数参数解释如下：
-
feature：训练集数据，类型为ndarray；
-
label：训练集标签，类型为ndarray；
-
return：无返回。
predict函数参数解释如下：
-
feature：测试数据集所有特征组成的ndarray。（PS：feature中有多条数据）；
-
return：模型预测的结果。（PS：feature中有多少条数据，就需要返回长度为多少的list或者ndarry）。
代码如下：
import numpy as np
class NaiveBayesClassifier(object):
def __init__(self):
'''
self.label_prob表示每种类别在数据中出现的概率
例如，{0:0.333, 1:0.667}表示数据中类别0出现的概率为0.333，类别1的概率为0.667
'''
self.label_prob = {}
'''
self.condition_prob表示每种类别确定的条件下各个特征出现的概率
例如训练数据集中的特征为 [[2, 1, 1],
[1, 2, 2],
[2, 2, 2],
[2, 1, 2],
[1, 2, 3]]
标签为[1, 0, 1, 0, 1]
那么当标签为0时第0列的值为1的概率为0.5，值为2的概率为0.5;
当标签为0时第1列的值为1的概率为0.5，值为2的概率为0.5;
当标签为0时第2列的值为1的概率为0，值为2的概率为1，值为3的概率为0;
当标签为1时第0列的值为1的概率为0.333，值为2的概率为0.666;
当标签为1时第1列的值为1的概率为0.333，值为2的概率为0.666;
当标签为1时第2列的值为1的概率为0.333，值为2的概率为0.333,值为3的概率为0.333;
因此self.label_prob的值如下：
{
0:{
0:{
1:0.5
2:0.5
}
1:{
1:0.5
2:0.5
}
2:{
1:0
2:1
3:0
}
}
1:
{
0:{
1:0.333
2:0.666
}
1:{
1:0.333
2:0.666
}
2:{
1:0.333
2:0.333
3:0.333
}
}
}
'''
self.condition_prob = {}
def fit(self, feature, label):
'''
对模型进行训练，需要将各种概率分别保存在self.label_prob和self.condition_prob中
:param feature: 训练数据集所有特征组成的ndarray
:param label:训练数据集中所有标签组成的ndarray
:return: 无返回
'''
#********* Begin *********#
row_num=len(feature)
col_num=len(feature[0])
for c in label:
if c in self.label_prob:
self.label_prob[c]+=1
else:
self.label_prob[c]=1;
for key in self.label_prob.keys():
self.label_prob[key]/=row_num
self.condition_prob[key]={}
for i in range(col_num):
self.condition_prob[key][i]={}
for k in np.unique(feature[:,i],axis=0):
self.condition_prob[key][i][k]=0
for i in range(len(feature)):
for j in range(len(feature[i])):
if feature[i][j] in self.condition_prob[label[i]]:
self.condition_prob[label[i]][j][feature[i][j]]+=1
else:
self.condition_prob[label[i]][j][feature[i][j]]=1
for label_key in self.condition_prob.keys():
for k in self.condition_prob[label_key].keys():
total=0
for v in self.condition_prob[label_key][k].values():
total +=v
for kk in self.condition_prob[label_key][k].keys():
self.condition_prob[label_key][k][kk] /=total
#********* End *********#
def predict(self, feature):
'''
对数据进行预测，返回预测结果
:param feature:测试数据集所有特征组成的ndarray
:return:
'''
# ********* Begin *********#
result =[]
for i,f in enumerate(feature):
prob=np.zeros(len(self.label_prob.keys()))
ii=0
for label,label_prob in self.label_prob.items():
prob[ii]=label_prob
for j in range(len(feature[0])):
prob[ii] *= self.condition_prob[label][j][f[j]]
ii+=1
result.append(list(self.label_prob.keys())[np.argmax(prob)])
return np.array(result)
#********* End *********#
第4关：拉普拉斯平滑
编程要求：
根据提示，完成fit函数，实现模型的训练功能。（PS:在fit函数中需要将预测时需要的概率保存到self.label_prob和self.condition_prob这两个变量中）
其中fit函数参数解释如下：
-
feature：训练集数据，类型为ndarray；
-
label：训练集标签，类型为ndarray；
-
return：无返回。
代码如下：
import numpy as np
class NaiveBayesClassifier(object):
def __init__(self):
'''
self.label_prob表示每种类别在数据中出现的概率
例如，{0:0.333, 1:0.667}表示数据中类别0出现的概率为0.333，类别1的概率为0.667
'''
self.label_prob = {}
'''
self.condition_prob表示每种类别确定的条件下各个特征出现的概率
例如训练数据集中的特征为 [[2, 1, 1],
[1, 2, 2],
[2, 2, 2],
[2, 1, 2],
[1, 2, 3]]
标签为[1, 0, 1, 0, 1]
那么当标签为0时第0列的值为1的概率为0.5，值为2的概率为0.5;
当标签为0时第1列的值为1的概率为0.5，值为2的概率为0.5;
当标签为0时第2列的值为1的概率为0，值为2的概率为1，值为3的概率为0;
当标签为1时第0列的值为1的概率为0.333，值为2的概率为0.666;
当标签为1时第1列的值为1的概率为0.333，值为2的概率为0.666;
当标签为1时第2列的值为1的概率为0.333，值为2的概率为0.333,值为3的概率为0.333;
因此self.label_prob的值如下：
{
0:{
0:{
1:0.5
2:0.5
}
1:{
1:0.5
2:0.5
}
2:{
1:0
2:1
3:0
}
}
1:
{
0:{
1:0.333
2:0.666
}
1:{
1:0.333
2:0.666
}
2:{
1:0.333
2:0.333
3:0.333
}
}
}
'''
self.condition_prob = {}
def fit(self, feature, label):
'''
对模型进行训练，需要将各种概率分别保存在self.label_prob和self.condition_prob中
:param feature: 训练数据集所有特征组成的ndarray
:param label:训练数据集中所有标签组成的ndarray
:return: 无返回
'''
#********* Begin *********#
row_num=len(feature)
col_num=len(feature[0])
unique_label_count=len(set(label))
for c in label:
if c in self.label_prob:
self.label_prob[c]+=1
else:
self.label_prob[c]=1
for key in self.label_prob.keys():
self.label_prob[key]+=1
self.label_prob[key]/=(unique_label_count+row_num)
self.condition_prob[key]={}
for i in range(col_num):
self.condition_prob[key][i]={}
for k in np.unique(feature[:,i],axis=0):
self.condition_prob[key][i][k]=1
for i in range(len(feature)):
for j in range(len(feature[i])):
if feature[i][j] in self.condition_prob[label[i]]:
self.condition_prob[label[i]][j][feature[i][j]]+=1
for label_key in self.condition_prob.keys():
for k in self.condition_prob[label_key].keys():
total =len(self.condition_prob[label_key].keys())
for v in self.condition_prob[label_key][k].values():
total+=v
for kk in self.condition_prob[label_key][k].keys():
self.condition_prob[label_key][k][kk]/=total
#********* End *********#
def predict(self, feature):
'''
对数据进行预测，返回预测结果
:param feature:测试数据集所有特征组成的ndarray
:return:
'''
result = []
# 对每条测试数据都进行预测
for i, f in enumerate(feature):
# 可能的类别的概率
prob = np.zeros(len(self.label_prob.keys()))
ii = 0
for label, label_prob in self.label_prob.items():
# 计算概率
prob[ii] = label_prob
for j in range(len(feature[0])):
prob[ii] *= self.condition_prob[label][j][f[j]]
ii += 1
# 取概率最大的类别作为结果
result.append(list(self.label_prob.keys())[np.argmax(prob)])
return np.array(result)
第5关：新闻文本主题分类
编程要求：
填写news_predict(train_sample, train_label, test_sample)函数完成新闻文本主题分类任务，其中：
-
train_sample：原始训练样本，类型为ndarray；
-
train_label：训练标签，类型为ndarray；
-
test_sample：原始测试样本，类型为ndarray。
代码如下：
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfTransformer
def news_predict(train_sample, train_label, test_sample):
'''
训练模型并进行预测，返回预测结果
:param train_sample:原始训练集中的新闻文本，类型为ndarray
:param train_label:训练集中新闻文本对应的主题标签，类型为ndarray
:param test_sample:原始测试集中的新闻文本，类型为ndarray
:return 预测结果，类型为ndarray
'''
#********* Begin *********#
vec=CountVectorizer()
train_sample=vec.fit_transform(train_sample)
test_sample=vec.transform(test_sample)
tfidf=TfidfTransformer()
train_sample =tfidf.fit_transform(train_sample)
test_sample=tfidf.transform(test_sample)
mnb=MultinomialNB(alpha=0.01)
mnb.fit(train_sample,train_label)
predict=mnb.predict(test_sample)
return predict
#********* End *********#