《Python大规模机器学习》 —3.2.2Scikit-learn的SVM实现

3.2.2Scikit-learn的SVM实现

Scikit-learn使用两个C++库（提供与其他语言交互的C语言API）：用于SVM分类和回归的支持向量机库（LIBSVM）(http://www.csie.ntu.edu.tw/～cjlin/libSVM/)和在大型和稀疏数据集上使用线性方法的分类问题的用于LIBLINEAR（http://www.csie.ntu.edu.tw/～ cjlin/liblinear/)。这两个库都能免费使用，计算速度非常快，并且已在很多方法中得到测试，sklearn.svm模块中的所有Scikit-learn实现都依赖于其中一个或另一个（顺便说一下，也会用到Perceptron和LogisticRegression类），这使Python成为一个便捷的分装器。

另一方面，SGDClassifier和SGDRegressor使用不同实现，因为LIBSVM和LIBLINEAR都不能在线实现，两者都是批量学习工具。实际上，运行过程中LIBSVM和LIBLINEAR通过cache_size参数为内核操作分配合适的内存时都表现最好。

分类实现如表3-1所示。

表3-1分类实现

回归方法如表3-2所示。

表3-2回归方法

如你所见,每个版本都需要调整大量超参数，当采用默认参数时,或者交叉验证适当调整时,在Scikit-learn中使用grid_search模块的GridSearchCV会让SVM具备优秀的学习能力。

作为黄金法则，某些参数会严重影响结果，因此有必要事先修正，而其他参数依赖其值。根据这样的经验规则，必须正确设置以下参数（按重要性排序）：

 C：以前讨论过的惩罚值。减少它会使边界更大，从而忽略更多噪音，但会增加更多计算。通常在np.logspace（-3，3，7）范围内查找最佳值。

 kernel：非线性主角，SVM设置选项有linear、poly、rbf、sigmoid或自定义核（专业人士）。通常肯定使用rbf。

 degree：与kernel='poly'配合工作，表示多项式的展开维数，其他核不用。通常，取2~5范围内的值最好。

 gamma：'rbf'、'poly'和'sigmoid'的系数; 高值倾向于以更好方式拟合数据。推荐的网格搜索范围是np.logspace（-3，3，7）。

 nu：用于nuSVR和nuSVC的回归和分类; 该参数接近那些未被分类的训练点、误分类点和边界内或边界上的正确点。它的取值介于［0,1］范围之间，与训练集成比例关系。最后，它会像高的C值一样扩大边界。

 epsilon：定义一个ε值较大的范围，其中惩罚与点的真实值无关，这样该参数会指定SVR的错误发生率。建议搜索范围是np.inser(np.logspace(-4,2,7),0,［0］)。

 penalty，损失和对偶：对于LinearSVC，这些参数允许取值('l1','squared_hinge',False)、('l2','hinge',True)、('l2','squared_hinge',True)和('l2','squared_hinge',False)组合。('l2','hinge',True)组合等同于SVC（kernel='linear'）学习算法。

这里给出一个使用Scikit-learn的sklearn.svm模块实现SVC和SVR基本分类和回归的示例，算法中使用Iris和Boston数据集，它们两个是比较常用的简单数据集(http://scikit-learn.org/stable/datasets/)。

首先，加载Iris数据集：

然后使用RBF核函数拟合SVC（在Scikit-learn的已知示例基础上设置C和伽玛)并使用cross_val_score函数测试结果：

拟合模型可为用户指出训练样例中支持向量的索引：

Iris数据集中表示SVC的支持向量，不同颜色代表不同区域（我们测试离散网格值以便能够提供预测模型,用于判断图形的每个区域所投影的类型），如图3-6所示。

图3-6使用SVC和SVR处理简单数据集

如果你有兴趣复制相同图形，请查看http://scikit-learn.org/stable/auto_examples/SVM/plot_iris.html代码并调整。

可以使用SVR处理Boston数据集来测试SVM回归量。首先，将数据集上传到核心内存中，然后随机化实例顺序，显然，实际上这种数据集以巧妙方式排序，导致非顺序随机的交叉验证结果无效:

由于使用NumPy包中random模块的permutation函数可能得到一个不同的打乱数据集，因此与以下交叉验证测试的得分略有不同。另外，对于不同比例的特征，对其进行标准化以使其具有零中心均值和单位方差是个不错选择。特别是使用SVM核函数时，标准化确实很重要。

最后，可以拟合SVR模型（使用熟悉且效果好的C、gamma和epsilon等参数）并进行交叉验证，以均方根差来对其评估：