φυβλαςのβλογ
phyblasのブログ



[python] ใช้ชุดข้อมูลไวน์เป็นตัวอย่างเพื่อเรียนรู้เรื่องการคัดเลือกลักษณะเฉพาะ
เขียนเมื่อ 2017/12/07 22:05
แก้ไขล่าสุด 2021/09/28 16:42
sklearn ได้มีการเตรียมข้อมูลชนิดต่างๆเอาไว้ให้มากมายสำหรับใช้ทดสอบหรือฝึกฝนการเรียนรู้ของเครื่อง

นอกจากชุดข้อมูลภาพตัวเลขของ MNIST ที่เคยแนะนำไปแล้ว https://phyblas.hinaboshi.com/20170920

ก็ยังมีข้อมูลจำนวนหนึ่งที่มีขนาดเล็กๆและถูกเก็บอยู่ภายในตัวมอดูลอยู่แล้วจึงดึงข้อมูลมาใช้ได้ทันที

ในที่นี้จะลองใช้ข้อมูลหนึ่งในนั้นซึ่งนิยมใช้กันมาก คือชุดข้อมูลไวน์ (wine dataset)



ชุดข้อมูลไวน์ประกอบไปด้วยข้อมูลค่าที่บอกค่าคุณสมบัติต่างๆของไวน์ พร้อมกับบอกว่าเป็นไวน์ชนิดไหน โดยมีการแบ่งเป็น ๓ ชนิด จำนวนข้อมูลมีทั้งหมด ๑๗๘ แถว

ค่าคุณสมบัติต่างๆนั้นมีจำนวนมาก รวมแล้วมีถึง ๑๓ ชนิด นั่นคือเป็นปัญหาที่มีมิติสูงถึง ๑๓ มิติ

เพื่อให้เห็นภาพ ลองดึงข้อมูลมาดูเป็นตัวอย่างแล้วดูว่าข้างในเป็นยังไงบ้าง ข้อมูลอยู่ในแอตทริบิวต์ .data ส่วนเลขชนิดของไวน์อยู่ใน .target
from sklearn import datasets
wine = datasets.load_wine()
print(wine.data.shape) # ได้ (178, 13)
print(set(wine.target)) # ได้ {0, 1, 2}
print(wine.data[wine.target==0].shape) # ได้ (59, 13)
print(wine.data[wine.target==1].shape) # ได้ (71, 13)
print(wine.data[wine.target==2].shape) # ได้ (48, 13)

ค่าต่างๆทั้ง ๑๓ นั้นคือค่าของอะไรบ้างสามารถเห็นได้จากในแอตทริบิวต์ .feature_names
print(wine.feature_names)
print(wine.data[0])


ได้
['alcohol', 'malic_acid', 'ash', 'alcalinity_of_ash', 'magnesium', 'total_phenols', 'flavanoids', 'nonflavanoid_phenols', 'proanthocyanins', 'color_intensity', 'hue', 'od280/od315_of_diluted_wines', 'proline']
[  1.42300000e+01   1.71000000e+00   2.43000000e+00   1.56000000e+01
   1.27000000e+02   2.80000000e+00   3.06000000e+00   2.80000000e-01
   2.29000000e+00   5.64000000e+00   1.04000000e+00   3.92000000e+00
   1.06500000e+03]

ทั้งหมดนี้คือคุณสมบัติที่จะเอามาใช้แบ่งชนิดของไวน์



เนื่องจากมีจำนวนมิติมาก จึงเหมาะที่จะถูกนำมาใช้เป็นตัวอย่างฝึกเรื่องการคัดเลือกลักษณะเฉพาะ (特征选择, feature selection) คือการเลือกว่าค่าคุณสมบัติอันไหนที่เป็นปัจจัยสำคัญในการทำให้คำตอบเปลี่ยนแปลงไปมากที่สุด

เพราะในจำนวนคุณสมบัติทั้ง ๑๓ อย่างนี้ ไม่ใช่ว่าแต่ละค่าจะสำคัญไปทั้งหมด อาจมีแค่บางค่าที่สำคัญเป็นพิเศษ แต่บางค่าอาจแทบไม่มีผลอะไรต่อคำตอบเลยก็เป็นได้

จริงอยู่ว่าพิจารณาปัจจัยต่างๆเยอะไว้ก่อนไม่เสียหาย แต่บางครั้งก็ทำให้แบบจำลองมีความซับซ้อนเกินไปจนเกิดการเรียนรู้เกินได้ อีกทั้งแน่นอนว่าตัวแปรเยอะก็ใช้เวลาคำนวณนานขึ้น ดังนั้นการพิจารณาลดมิติของปัญหาจึงมีความสำคัญเหมือนกัน

การคัดเลือกว่าคุณสมบัติไหนมีความสำคัญน่านำมาใช้นั้นมีอยู่หลายวิธีมาก ในที่นี้จะลองใช้วิธีการป่าสุ่ม ซึ่งเคยเขียนถึงไปแล้วใน https://phyblas.hinaboshi.com/20171117

สำหรับแบบจำลองที่จะใช้ในการแบ่ง คราวนี้ขอเลือกใช้วิธีการเพื่อนบ้านใกล้สุด k ตัวใน sklearn https://phyblas.hinaboshi.com/20171031

และเพื่อให้ผลออกมามั่นใจได้มากขึ้นจะใช้การตรวจสอบแบบไขว้โดยฟังก์ชัน cross_val_score รายละเอียดเขียนไว้ใน https://phyblas.hinaboshi.com/20171020

เริ่มจาก ลองหาค่าความแม่นยำของแบบจำลองโดยใช้ตัวแปรทั้งหมด ๑๓ ตัว
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier as Knn
from sklearn.model_selection import cross_val_score as crovasco
wine = datasets.load_wine()
X,z = wine.data,wine.target
X = (X-X.mean(0))/X.std(0) # ปรับค่าตัวแปรต่างๆให้เป็นมาตรฐาน
khanaen = crovasco(Knn(),X,z,cv=5)
print('%.3f ± %.3f'%(khanaen.mean(),khanaen.std()))
# ได้ 0.955 ± 0.034

Knn ในที่นี้ใช้ค่าตั้งต้นคือมีจำนวนเพื่อนบ้าน ๕ ตัว และใช้ cv=5 คือแบ่งข้อมูลเป็น ๕ ส่วนในการตรวจสอบแบบไขว้ ทำการคำนวณ ๕ ครั้ง หาความแม่นยำของทั้ง ๕ ครั้งแล้วเอามาเฉลี่ยกันพร้อมหาส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานด้วย

จากนั้นลองมาเร่ิมพิจารณาการลดมิติของปัญหาดูด้วยป่าสุ่ม โดยสุ่มสร้างต้นไม้ขึ้นมาสักร้อยต้น
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier as Rafo
np.random.seed(0)
rafo = Rafo(100)
rafo.fit(X,z)
print(rafo.feature_importances_)

ได้
[ 0.15393774  0.03647811  0.01660083  0.03027144  0.03062104  0.04283046
  0.16273435  0.00988292  0.02454873  0.12499868  0.09461291  0.1187603
  0.15372249]

ค่าที่ได้ออกมานี้ก็คือค่าความสำคัญของตัวแปรแต่ละตัวตามลำดับ ลองเอามาวาดเป็นแผนภูมิแท่งแสดงเพื่อให้เห็นชัดได้
plt.axes([0.3,0.05,0.65,0.9])
plt.barh(np.arange(13),rafo.feature_importances_)
plt.yticks(np.arange(13),wine.feature_names,rotation=45)
plt.show()


ทีนี้ลองเอาตัวแปรที่สำคัญสามอันดับแรกมาวาดกระจายในสามมิติดู
X3 = X[:,rafo.feature_importances_.argsort()[:-4:-1]]
plt.figure(figsize=[6,6])
minmax = X3.min(),X3.max()
ax = plt.axes([0,0,1,1],projection='3d',xlim=minmax,ylim=minmax,zlim=minmax)
ax.scatter(X3[:,0],X3[:,1],X3[:,2],c=z,edgecolor='k',cmap='rainbow')
plt.show()


จะเห็นว่ามีการกระจายแบ่งเขตของทั้ง ๓ กลุ่มอย่างชัดเจน ซึ่งแสดงว่าแค่ใช้ ๓ ตัวแปรนี้เป็นตัวแบ่งก็สามารถแบ่งได้ดี

ในขณะที่หากลองเปลี่ยนเป็นวาดการกระจายของ ๓ กลุ่มที่ได้คะแนนน้อยที่สุดดู (แก้แค่บรรทัดแรก ที่เหลือเหมือนเดิม)
X3 = X[:,rafo.feature_importances_.argsort()[:3]]


จะเห็นว่า ๓ กลุ่มปนเปกันแทบแยกออกจากกันไม่ได้



ต่อไปลองวาดกราฟเทียบดูว่าจำนวนตัวแปรที่ใช้จะมีผลต่อความแม่นยำของแบบจำลองแค่ไหน โดยตัวแปรในที่นี้เลือกเรียงตามลำดับคะแนนความสำคัญที่ได้มา คือถ้าใช้ตัวแปรตัวเดียวก็จะเลือกตัวที่มีความสำคัญสุด ถ้าเลือก ๒ ตัวก็หยิบตัวที่มีความสำคัญรองลงมามาใช้เพิ่ม ไล่ไปเรื่อยๆจนครบ ๑๓
riang = rafo.feature_importances_.argsort()[::-1]
khanaen = []
for i in range(1,14):
    khanaen.append(crovasco(Knn(),X[:,riang[:i]],z,cv=5))
khanaen = np.array(khanaen)
mean = khanaen.mean(1)
std = khanaen.std(1)
plt.plot(np.arange(1,14),mean,'o-',color='#117733')
plt.fill_between(np.arange(1,14),mean-std,mean+std,color='#AAFFCC')
plt.show()
print(mean)

ได้
array([ 0.66856033,  0.90644788,  0.95028314,  0.95645646,  0.96201201,
        0.97282282,  0.97219573,  0.95550256,  0.96598657,  0.95532591,
        0.94994701,  0.94994701])



จากผลที่ได้ก็จะเห็นได้ว่าเมื่อใช้ตัวแปรแค่ ๖ หรือ ๗ ตัวแรกความแม่นยำที่ได้จะมากกว่าใช้ทั้ง ๑๓ ตัวเล็กน้อย



สรุปโดยรวมแล้วก็คือเมื่อทำการคัดตัวแปรที่เหมาะสมมาใช้ได้แล้ว ทีนี้ก็จะสามารถใช้ตัวแปรลดลง ลดมิติของปัญหา แบบจำลองก็ซับซ้อนน้อยลง การคำนวณก็ง่ายขึ้น แต่สามารถได้ความแม่นยำใกล้เคียงหรือมากขึ้นกว่าเดิมเล็กน้อย นี่คือความสำคัญของการคัดเลือกลักษณะเฉพาะ


-----------------------------------------

囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧囧

ดูสถิติของหน้านี้

หมวดหมู่

-- คอมพิวเตอร์ >> ปัญญาประดิษฐ์
-- คอมพิวเตอร์ >> เขียนโปรแกรม >> python >> numpy
-- คอมพิวเตอร์ >> เขียนโปรแกรม >> python >> matplotlib
-- คอมพิวเตอร์ >> เขียนโปรแกรม >> python >> sklearn

ไม่อนุญาตให้นำเนื้อหาของบทความไปลงที่อื่นโดยไม่ได้ขออนุญาตโดยเด็ดขาด หากต้องการนำบางส่วนไปลงสามารถทำได้โดยต้องไม่ใช่การก๊อปแปะแต่ให้เปลี่ยนคำพูดเป็นของตัวเอง หรือไม่ก็เขียนในลักษณะการยกข้อความอ้างอิง และไม่ว่ากรณีไหนก็ตาม ต้องให้เครดิตพร้อมใส่ลิงก์ของทุกบทความที่มีการใช้เนื้อหาเสมอ

目次

日本による名言集
モジュール
-- numpy
-- matplotlib

-- pandas
-- manim
-- opencv
-- pyqt
-- pytorch
機械学習
-- ニューラル
     ネットワーク
javascript
モンゴル語
言語学
maya
確率論
日本での日記
中国での日記
-- 北京での日記
-- 香港での日記
-- 澳門での日記
台灣での日記
北欧での日記
他の国での日記
qiita
その他の記事

記事の類別



ติดตามอัปเดตของบล็อกได้ที่แฟนเพจ

  記事を検索

  おすすめの記事

ตัวอักษรกรีกและเปรียบเทียบการใช้งานในภาษากรีกโบราณและกรีกสมัยใหม่
ที่มาของอักษรไทยและความเกี่ยวพันกับอักษรอื่นๆในตระกูลอักษรพราหมี
การสร้างแบบจำลองสามมิติเป็นไฟล์ .obj วิธีการอย่างง่ายที่ไม่ว่าใครก็ลองทำได้ทันที
รวมรายชื่อนักร้องเพลงกวางตุ้ง
ภาษาจีนแบ่งเป็นสำเนียงอะไรบ้าง มีความแตกต่างกันมากแค่ไหน
ทำความเข้าใจระบอบประชาธิปไตยจากประวัติศาสตร์ความเป็นมา
เรียนรู้วิธีการใช้ regular expression (regex)
การใช้ unix shell เบื้องต้น ใน linux และ mac
g ในภาษาญี่ปุ่นออกเสียง "ก" หรือ "ง" กันแน่
ทำความรู้จักกับปัญญาประดิษฐ์และการเรียนรู้ของเครื่อง
ค้นพบระบบดาวเคราะห์ ๘ ดวง เบื้องหลังความสำเร็จคือปัญญาประดิษฐ์ (AI)
หอดูดาวโบราณปักกิ่ง ตอนที่ ๑: แท่นสังเกตการณ์และสวนดอกไม้
พิพิธภัณฑ์สถาปัตยกรรมโบราณปักกิ่ง
เที่ยวเมืองตานตง ล่องเรือในน่านน้ำเกาหลีเหนือ
ตระเวนเที่ยวตามรอยฉากของอนิเมะในญี่ปุ่น
เที่ยวชมหอดูดาวที่ฐานสังเกตการณ์ซิงหลง
ทำไมจึงไม่ควรเขียนวรรณยุกต์เวลาทับศัพท์ภาษาต่างประเทศ

月別記事

2023年

1月 2月 3月 4月
5月 6月 7月 8月
9月 10月 11月 12月

2022年

1月 2月 3月 4月
5月 6月 7月 8月
9月 10月 11月 12月

2021年

1月 2月 3月 4月
5月 6月 7月 8月
9月 10月 11月 12月

2020年

1月 2月 3月 4月
5月 6月 7月 8月
9月 10月 11月 12月

2019年

1月 2月 3月 4月
5月 6月 7月 8月
9月 10月 11月 12月

もっと前の記事

ไทย

日本語

中文