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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

32.50234527

31.70700585

53.42680403

68.77759598

61.53035803

62.5623823

47.47563963

71.54663223

59.81320787

87.23092513

55.14218841

78.21151827

52.21179669

79.64197305

39.29956669

59.17148932

48.10504169

75.3312423

52.55001444

71.30087989

45.41973014

55.16567715

54.35163488

82.47884676

44.1640495

62.00892325

58.16847072

75.39287043

56.72720806

81.43619216

48.95588857

60.72360244

44.68719623

82.89250373

60.29732685

97.37989686

45.61864377

48.84715332

38.81681754

56.87721319

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。

2104

3

399900

1600

3

329900

2400

3

369000

1416

2

232000

3000

4

539900

1985

4

299900

1534

3

314900

1427

3

198999

1380

3

212000

1494

3

242500

1940

4

239999

2000

3

347000

1890

3

329999

4478

5

699900

1268

3

259900

2300

4

449900

1320

2

299900

1236

3

199900

2609

4

499998

3031

4

599000

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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加:2021-07-24 11:44:57  更:2021-07-24 11:45:33 
 
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