Python实现的简单线性回归算法实例分析

我们从自然手上收到的最大礼物就是生命。我必须拼命的奔跑我知道有很多人等着看我狼狈跌倒的下场嘲笑我不自量力

本文实例讲述了Python实现的简单线性回归算法。分享给大家供大家参考,具体如下:

用python实现R的线性模型(lm)中一元线性回归的简单方法,使用R的women示例数据,R的运行结果:

> summary(fit)
Call:
lm(formula = weight ~ height, data = women)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-1.7333 -1.1333 -0.3833 0.7417 3.1167
Coefficients:
Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) -87.51667 5.93694 -14.74 1.71e-09 ***
height 3.45000 0.09114 37.85 1.09e-14 ***
---
Signif. codes: 0 ‘***' 0.001 ‘**' 0.01 ‘*' 0.05 ‘.' 0.1 ‘ ' 1
Residual standard error: 1.525 on 13 degrees of freedom
Multiple R-squared: 0.991, Adjusted R-squared: 0.9903
F-statistic: 1433 on 1 and 13 DF, p-value: 1.091e-14

python实现的功能包括:

  1. 计算pearson相关系数
  2. 使用最小二乘法计算回归系数
  3. 计算拟合优度判定系数R2R2
  4. 计算估计标准误差Se
  5. 计算显著性检验的F和P值
import numpy as np
import scipy.stats as ss
class Lm:
  """简单一元线性模型,计算回归系数、拟合优度的判定系数和
  估计标准误差,显著性水平"""
  def __init__(self, data_source, separator):
    self.beta = np.matrix(np.zeros(2))
    self.yhat = np.matrix(np.zeros(2))
    self.r2 = 0.0
    self.se = 0.0
    self.f = 0.0
    self.msr = 0.0
    self.mse = 0.0
    self.p = 0.0
    data_mat = np.genfromtxt(data_source, delimiter=separator)
    self.xarr = data_mat[:, :-1]
    self.yarr = data_mat[:, -1]
    self.ybar = np.mean(self.yarr)
    self.dfd = len(self.yarr) - 2 # 自由度n-2
    return
  # 计算协方差
  @staticmethod
  def cov_custom(x, y):
    result = sum((x - np.mean(x)) * (y - np.mean(y))) / (len(x) - 1)
    return result
  # 计算相关系数
  @staticmethod
  def corr_custom(x, y):
    return Lm.cov_custom(x, y) / (np.std(x, ddof=1) * np.std(y, ddof=1))
  # 计算回归系数
  def simple_regression(self):
    xmat = np.mat(self.xarr)
    ymat = np.mat(self.yarr).T
    xtx = xmat.T * xmat
    if np.linalg.det(xtx) == 0.0:
      print('Can not resolve the problem')
      return
    self.beta = np.linalg.solve(xtx, xmat.T * ymat) # xtx.I * (xmat.T * ymat)
    self.yhat = (xmat * self.beta).flatten().A[0]
    return
  # 计算拟合优度的判定系数R方,即相关系数corr的平方
  def r_square(self):
    y = np.mat(self.yarr)
    ybar = np.mean(y)
    self.r2 = np.sum((self.yhat - ybar) ** 2) / np.sum((y.A - ybar) ** 2)
    return
  # 计算估计标准误差
  def estimate_deviation(self):
    y = np.array(self.yarr)
    self.se = np.sqrt(np.sum((y - self.yhat) ** 2) / self.dfd)
    return
  # 显著性检验F
  def sig_test(self):
    ybar = np.mean(self.yarr)
    self.msr = np.sum((self.yhat - ybar) ** 2)
    self.mse = np.sum((self.yarr - self.yhat) ** 2) / self.dfd
    self.f = self.msr / self.mse
    self.p = ss.f.sf(self.f, 1, self.dfd)
    return
  def summary(self):
    self.simple_regression()
    corr_coe = Lm.corr_custom(self.xarr[:, -1], self.yarr)
    self.r_square()
    self.estimate_deviation()
    self.sig_test()
    print('The Pearson\'s correlation coefficient: %.3f' % corr_coe)
    print('The Regression Coefficient: %s' % self.beta.flatten().A[0])
    print('R square: %.3f' % self.r2)
    print('The standard error of estimate: %.3f' % self.se)
    print('F-statistic: %d on %s and %s DF, p-value: %.3e' % (self.f, 1, self.dfd, self.p))

python执行结果:

The Regression Coefficient: [-87.51666667 3.45 ]
R square: 0.991
The standard error of estimate: 1.525
F-statistic: 1433 on 1 and 13 DF, p-value: 1.091e-14

其中求回归系数时用矩阵转置求逆再用numpy内置的解线性方程组的方法是最快的:

a = np.mat(women.xarr); b = np.mat(women.yarr).T
timeit (a.I * b)
99.9 µs ± 941 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000 loops each)
timeit ata.I * (a.T*b)
64.9 µs ± 717 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000 loops each)
timeit np.linalg.solve(ata, a.T*b)
15.1 µs ± 126 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。

到此这篇关于Python实现的简单线性回归算法实例分析就介绍到这了。生命太过短暂,今天放弃了明天不一定能得到。更多相关Python实现的简单线性回归算法实例分析内容请查看相关栏目,小编编辑不易,再次感谢大家的支持!

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