《Python大规模机器学习》—1.3.4 ​Scikit-learn

1.3.4    Scikit-learn

作为SciKits（SciPy工具包）的一部分，Scikitlearn是在Python中进行数据科学操作的核心。它提供了在数据预处理、监督学习、无监督学习、模型选择、验证和错误指标等方面你可能需要的所有内容。本书将详细讨论该包。

作为由David Cournapeau创建的Google Summer of Code的项目,Scikit-learn始于2007年，2013年后被InRIa（法国计算机科学与自动化研究所）的研究人员接管。

Scikit-learn提供数据处理模块（sklearn.preprocessing和sklearn.feature_extraction）、模型选择和验证（sklearn.cross_validation、sklearn.grid_search和sklearn.metrics）以及一组完整方法（sklearn.linear_model），其中，目标值（数值或概率）是输入变量的线性组合。

•  网站：http://scikit-learn.org/stable/

•  撰写本书时的版本：0.17.1

•  建议安装命令：

        请注意，导入模块名为sklearn。

matplotlib包

matplotlib最初由John Hunter开发，是一个包含所有构建块的库，用于从数组创建质量图，并以交互方式将其可视化。

你能在PyLab模块中找到所有类似MATLAB的绘图框架。

•  网站：http://matplotlib.org

•  撰写本书时的版本：1.5.1

•  建议安装命令：

可以简单导入你的可视化需求：

Gensim

Radim   Rˇehu°rˇek开发的Gensim是一个开源软件包，它适合通过使用平行可分布的在线算法来分析大型文本集。其高级功能实现了Latent Semantic Analysis（LSA）、Latent Dirichlet Allocation（LDA）主题建模和Google的word2vec，后者是一种功能强大的算法，能够将文本转换为矢量特征，用于监督机器学习和无监督机器学习。

•  网站：http://radimrehurek.com/gensim/

•  撰写本书时的版本：0.13.1

•  建议安装命令：

H2O

H2O是最初由H2O.ai（以前称为0xdata）创建的大数据分析开源框架，它可被R、Python、Scala和Java等编程语言使用。H2O允许使用独立机器（利用多处理）或Hadoop集群（例如AWS环境中的集群）实现向上及向外扩展。

•  网站：http://www.h2o.ai

•  撰写本书时的版本：3.8.3.3

为了安装软件包，首先需要在你的系统上下载并安装Java（由于H2O基于Java，需要安装Java开发工具包（JDK）1.8），安装步骤可以参考http://www.h2o.ai/download/h2o/python中提供的在线说明。

下面将安装步骤总结一下。

可以按照以下说明安装H2O及其Python API：

执行上述步骤后将安装所需的软件包，然后即可安装该框架，注意，安装前需要卸载以前安装的全部软件包：

若要安装与本书相同的版本，请使用以下命令更改最后的pip install命令:

如果遇到问题，请访问H2O Google网上论坛，以获得有关问题的帮助：

https://groups.google.com/forum/#!forum/h2ostream

XGBoost

XGBoost是一个具有可扩展性、可移植性和分布式梯度的增强库（树集合机器学习算法）。它适用于Python、R、Java、Scala、Julia和C++，能在Hadoop和Spark集群中的单台机器上运行（利用多线程）。

•  网站：https://xgboost.readthedocs.io/en/latest/

•  撰写本书时的版本：0.4

有关安装XGBoost的详细说明，请参阅:

https://github.com/dmlc/xgboost/blob/master/doc/build.md。

Linux和Mac OS上安装XGBoost非常简单，但对Windows用户来说有点麻烦。为此，我们提供详细安装步骤便于让XGBoost在Windows上工作：

1.下载并安装Windows版的Git（https: //git-for-windows.github.io/）。

2.安装适用于Windows系统的Minimalist GNU for Windows（MinGW）编译器。这需要根据操作系统版本从http://www.mingw.org/下载。

3.从命令行执行以下操作：

4.从命令行将64位系统的配置复制为默认配置：

或者，复制常用的32位系统配置：

5.复制配置文件后运行编译器，将其设置为使用四个线程，以加快编译过程：

6.如果编译器设置过程无错误完成，则执行下面命令在Python中安装软件包：

Theano

Theano是一个Python库，它允许用户有效定义、优化和评价有关多维数组的数学表达式。基本上，它提供了创建深度神经网络所需的所有构建模块。

•  网站：http://deeplearning.net/software/theano/

•  撰写本书时的版本：0.8.2

Theano安装很简单，因为它现在是PyPI中的一个包：

如果要安装它的最新版本，则可以通过GitHub克隆得到：

然后，继续进行Python安装：

若要测试安装是否成功，可从shell/CMD运行以下命令，然后查看报告：

如果正在使用Windows操作系统，但执行前面步骤后未能成功安装，请尝试以下步骤：

1.安装TDM-GCC x64（http://tdm-gcc.tdragon.net/）。

2.打开Anaconda命令提示符并执行以下操作:

Theano需要libpython，目前它与3.5版本还不兼容，所以如果在Windows上安装不成功，这可能是原因之一。

另外，在其他所有情况都失败时可参考Theano网站向Windows用户提供的某些信息：

Theano在GPU上进行扩展的一项重要要求是安装NVIDIA CUDA驱动程序和SDK，以便生成和运行GPU代码。如果对CUDA工具包不熟悉，可访问这个网址了解更多相关技术：

因此，如果计算机有NVIDIA GPU，那么能从NVIDIA相关网站找到安装CUDA所需的说明：

TensorFlow

与Theano一样，TensorFlow是另一个使用数据流图而不是数组进行数值计算的开源软件库。图节点表示数学运算，而图边表示在节点之间移动的多维数据矩阵（即所谓的张量）。TensorFlow最初是由GoogleBrain团队的研究人员开发的。

•  网站：https://github.com/tensorflow/tensorflow

•  撰写本书时的版本：0.8.0

请按照以下链接中的说明在计算机上安装TensorFlow：

对于Windows用户，好的折中办法是在基于Linux的虚拟机或Docker机器上运行该软件包。（参考前面OS设置页面。）

sknn库

sknn库(即scikit-neuralnetwork)是Pylearn2的打包器，用来实现深度神经网络，而不需要你成为Theano专家。另外，该库与Scikit-learn API兼容。

•  网站：https://scikit-neuralnetwork.readthedocs.io/en/latest/

•  发布时的版本：0.7

•  安装该库只需使用以下命令：

作为选项，如果想利用诸如卷积、池化或向上扩展等高级功能，请按如下方式进行安装：

安装后执行以下操作：

与在XGBoost中看到的一样，这将使sknn软件包在Python安装中可用。

Theanets

Theanets软件包是一个用Python编写的深度学习和神经网络工具包，它使用Theano加速计算。如同sknn，它尽量使得与Theano功能的交互变得更容易，以便创建深度学习模型。

•  网站：https://github.com/lmjohns3/theanets

•  撰写本书时的版本：0.7.3

•  建议安装步骤：

可从GitHub下载当前版本，然后直接用Python安装该包：

Keras

Keras是一个用Python编写的极其简单且高度模块化的神经网络库，能在TensorFlow或Theano之上运行。

•  网站：http://keras.io/

•  撰写本书时的版本：1.0.5

•  PyPI的建议安装命令：

还可使用以下命令安装最新可用版本(该软件包正在持续开发中，建议使用此版本)：

安装其他有用的软件包

本书后面会实际用到刚安装的这些软件包，最后还需要安装三个简单但用处很大的软件包，它们几乎不会在书中被提及但需要安装在你的系统上：memory profiler、climate和NeuroLab。

memory profiler是一个用于监视进程内存使用情况的程序包,有助于逐行解析指定Python脚本的内存消耗情况，其安装方法如下：

climate包含一些基本的Python命令行工具，其快速安装方法如下：

NeuroLab是一个非常基础的神经网络软件包，它基于MATLAB中的神经网络工具箱（NNT），它还基于NumPy和SciPy而不是Theano，因此，不要期望它有令人惊讶的性能，但应该知道它是一个非常不错的学习工具箱，安装方法如下：