Ajuste de estimador lineal robusto

Introducción

En este laboratorio, aprenderemos a usar la biblioteca scikit-learn de Python para realizar el ajuste de estimadores lineales robustos. Ajustaremos una función seno con un polinomio de tercer orden para valores cercanos a cero y demostraremos el ajuste robusto en diferentes situaciones. Usaremos la desviación absoluta mediana para no corromper nuevos datos y juzgar la calidad de la predicción.

Consejos sobre la VM

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A veces, es posible que tenga que esperar unos segundos a que Jupyter Notebook termine de cargarse. La validación de las operaciones no se puede automatizar debido a las limitaciones de Jupyter Notebook.

Si tiene problemas durante el aprendizaje, no dude en preguntar a Labby. Deje sus comentarios después de la sesión y lo resolveremos rápidamente para usted.

Skills Graph

Importar las bibliotecas necesarias y generar datos

En primer lugar, necesitamos importar las bibliotecas necesarias y generar datos para nuestro ajuste. Generaremos una función seno con algo de ruido y corruptiremos los datos al introducir errores tanto en X como en y.

from matplotlib import pyplot as plt
import numpy as np

from sklearn.linear_model import (
    LinearRegression,
    TheilSenRegressor,
    RANSACRegressor,
    HuberRegressor,
)
from sklearn.metrics import mean_squared_error
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
from sklearn.pipeline import make_pipeline

np.random.seed(42)

X = np.random.normal(size=400)
y = np.sin(X)
## Asegúrese de que X sea 2D
X = X[:, np.newaxis]

X_test = np.random.normal(size=200)
y_test = np.sin(X_test)
X_test = X_test[:, np.newaxis]

y_errors = y.copy()
y_errors[::3] = 3

X_errors = X.copy()
X_errors[::3] = 3

y_errors_large = y.copy()
y_errors_large[::3] = 10

X_errors_large = X.copy()
X_errors_large[::3] = 10

Ajustar una función seno con un polinomio de tercer orden

Ajustaremos una función seno con un polinomio de tercer orden para valores cercanos a cero.

x_plot = np.linspace(X.min(), X.max())

Demostrar el ajuste robusto en diferentes situaciones

Ahora demostraremos el ajuste robusto en diferentes situaciones utilizando cuatro estimadores diferentes: OLS, Theil-Sen, RANSAC y HuberRegressor.

estimators = [
    ("OLS", LinearRegression()),
    ("Theil-Sen", TheilSenRegressor(random_state=42)),
    ("RANSAC", RANSACRegressor(random_state=42)),
    ("HuberRegressor", HuberRegressor()),
]
colors = {
    "OLS": "turquesa",
    "Theil-Sen": "dorado",
    "RANSAC": "verde claro",
    "HuberRegressor": "negro",
}
linestyle = {"OLS": "-", "Theil-Sen": "-.", "RANSAC": "--", "HuberRegressor": "--"}
lw = 3

Graficar los resultados

Ahora graficaremos los resultados para cada una de las diferentes situaciones.

for title, this_X, this_y in [
    ("Modeling Errors Only", X, y),
    ("Corrupt X, Small Deviants", X_errors, y),
    ("Corrupt y, Small Deviants", X, y_errors),
    ("Corrupt X, Large Deviants", X_errors_large, y),
    ("Corrupt y, Large Deviants", X, y_errors_large),
]:
    plt.figure(figsize=(5, 4))
    plt.plot(this_X[:, 0], this_y, "b+")

    for name, estimator in estimators:
        model = make_pipeline(PolynomialFeatures(3), estimator)
        model.fit(this_X, this_y)
        mse = mean_squared_error(model.predict(X_test), y_test)
        y_plot = model.predict(x_plot[:, np.newaxis])
        plt.plot(
            x_plot,
            y_plot,
            color=colors[name],
            linestyle=linestyle[name],
            linewidth=lw,
            label="%s: error = %.3f" % (name, mse),
        )

    legend_title = "Error of Mean\nAbsolute Deviation\nto Non-corrupt Data"
    legend = plt.legend(
        loc="upper right", frameon=False, title=legend_title, prop=dict(size="x-small")
    )
    plt.xlim(-4, 10.2)
    plt.ylim(-2, 10.2)
    plt.title(title)
plt.show()

Resumen

En este laboratorio, aprendimos cómo utilizar la biblioteca scikit-learn de Python para realizar ajustes de estimadores lineales robustos. Ajustamos una función seno con un polinomio de tercer orden para valores cercanos a cero y demostramos el ajuste robusto en diferentes situaciones. Utilizamos la desviación absoluta mediana con respecto a nuevos datos no corruptos para juzgar la calidad de la predicción.