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[数据结构与算法]python使用线性回归实现房价预测 |
一、单变量房价预测 采用一元线性回归实现单变量房价预测。通过房屋面积与房价建立线性关系,通过梯度下降进行训练,拟合权重和偏置参数,使用训练到的参数进行房价预测。 1、房屋面积与房价数据
2、面积与房价分布散点图 3、实现步骤。 训练部分: 第一步,数据预处理,采用归一化。 第二步,建立线性关系,y=w*x+b,y为房价,x为面积,w权重,b偏置。 第三步,通过偏导数计算梯度。w_gradient=SUM(2*x*((w*x+b)-y) / N),b_gradient=SUM(2*((w*x+b)-y) / N),N为训练数据个数。初始化权重和偏置,一般初始化为0,通过偏导数计算权重和偏置的梯度,通过梯度和学习率更新权重和偏置。 第四步,计算误差,采用均方差计算全局误差。 实现代码: import numpy as np #计算误差 def compute_error(w, b, points): ????total_error = 0 ????for i in range(0, len(points)): ????????x = points[i, 0] ????????y = points[i, 1] ????????total_error += (y - (w * x + b)) ** 2 ????return total_error / float(len(points)) #计算梯度 def step_gradient(w_current, b_current, points, learn_Rate): ????b_gradient = 0 ????w_gradient = 0 ????N = float(len(points)) ????for i in range(0, len(points)): ????????x = points[i, 0] ????????y = points[i, 1] ????????b_gradient += (2/N) * ((w_current * x + b_current) - y) ????????w_gradient += (2/N) * ((w_current * x + b_current) - y) * x ????new_b = b_current - (learn_Rate * b_gradient) ????new_w = w_current - (learn_Rate * w_gradient) ????return [new_b, new_w] #梯度下降,循环计算权重和偏置 def gradient_descent_runner(points, starting_w, starting_b, learn_rate, iteration_num): ????b = starting_b ????w = starting_w ????for i in range(iteration_num): ????????b, w = step_gradient(w, b, np.array(points), learn_rate) ????return [b, w] #导入数据,开始计算 def run(): ????points = np.genfromtxt("data0.csv", delimiter=",") ????learn_rate = 0.0001 ????initial_b = 0 ????initial_w = 0 ????iteration_num = 2000 ????print("start gradient b = {0}, w = {1}, error = {2}" ??????????.format(initial_b, initial_w, compute_error(initial_w, initial_b, points))) ????[b, w] = gradient_descent_runner(points, initial_w, initial_b, learn_rate, iteration_num) ????print("after iteration b = {0}, w = {1}, error = {2}" ??????????.format(b, w, compute_error(w, b, points))) if __name__ == '__main__': ????run() 测试部分: #偏置、权重和输入值 def predict(b, w, x): ????return w*x + b if __name__ == '__main__': ????print(predict(0.5523011954231988, 1.2331875596916462, 90)) 二、多变量房价预测 在面积基础上增加一维房间数,将单变量预测改为多变量预测。
采用多元线性回归实现。根据偏导数的计算公式,w_gradient=SUM(2*x*((w*x+b)-y) / N),假设x恒为1,该公式即变换为偏置参数的计算公式。只需要对训练数据加一列值1,即x=1,该列数据对应偏置参数,即可将偏置的计算归入到权重计算方式中,实现一元线性回归和多元线性回归的统一。 实现代码: import numpy as np #计算误差 def compute_error(w, points): ????total_error = 0 ????for i in range(0, len(points)): ????????x = np.zeros(len(w)) ????????for j in range(0, len(w)): ????????????x[j] = points[i, j] ????????y = points[i, len(w)] ????????y_predict = 0. ????????for j in range(0, len(w)): ????????????y_predict += w[j] * x[j] ????total_error += (y - y_predict) ** 2 ????return total_error / float(len(points)) #计算梯度 def step_gradient(w_current, points, learn_rate): ????w_gradient = np.zeros(len(w_current)) ????new_w = np.zeros(len(w_current)) ????N = float(len(points)) ????for i in range(0, len(points)): ????????x = np.zeros(len(w_current)) ????????for j in range(0, len(w_current)): ????????????x[j] = points[i, j] ????????y = points[i, len(w_current)] ????????y_predict = 0. ????????for j in range(0, len(w_current)): ????????????y_predict += w_current[j] * x[j] ????????for j in range(0, len(w_current)): ????????????w_gradient[j] = 2 * x[j] * (y_predict - y) / N ????????for j in range(0, len(w_current)): ????????????new_w[j] = w_current[j] - (learn_rate * w_gradient[j]) ????return new_w #梯度下降,循环计算权重和偏置 def gradient_descent_runner(points, starting_w, learn_rate, iteration_num): ????w = starting_w ????for i in range(iteration_num): ????????w = step_gradient(w, np.array(points), learn_rate) ????return w #导入数据,开始计算 def run(): ????points = np.genfromtxt("data0.csv", delimiter=",") ????learn_rate = 0.0001 ????initial_w = np.zeros(3) ????iteration_num = 20000 ????initial_error = compute_error(initial_w, points) ????print(initial_error) ????w = gradient_descent_runner(points, initial_w, learn_rate, iteration_num) ????error = compute_error(w, points) ????print(error) if __name__ == '__main__': ????run() |
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