モデルを学習して期待平均二乗誤差を計算する
推定器をループして、複数の学習セットで学習させ、バイアス、分散、ノイズの項に分解することで期待平均二乗誤差を計算します。また、モデルの予測とバイアス-分散分解をプロットします。
plt.figure(figsize=(10, 8))
## 比較する推定器をループ
for n, (name, estimator) in enumerate(estimators):
## 予測を計算
y_predict = np.zeros((n_test, n_repeat))
for i in range(n_repeat):
estimator.fit(X_train[i], y_train[i])
y_predict[:, i] = estimator.predict(X_test)
## 平均二乗誤差のバイアス^2 + 分散 + ノイズ分解
y_error = np.zeros(n_test)
for i in range(n_repeat):
for j in range(n_repeat):
y_error += (y_test[:, j] - y_predict[:, i]) ** 2
y_error /= n_repeat * n_repeat
y_noise = np.var(y_test, axis=1)
y_bias = (f(X_test) - np.mean(y_predict, axis=1)) ** 2
y_var = np.var(y_predict, axis=1)
print(
"{0}: {1:.4f} (error) = {2:.4f} (bias^2) "
" + {3:.4f} (var) + {4:.4f} (noise)".format(
name, np.mean(y_error), np.mean(y_bias), np.mean(y_var), np.mean(y_noise)
)
)
## グラフを描画
plt.subplot(2, n_estimators, n + 1)
plt.plot(X_test, f(X_test), "b", label="$f(x)$")
plt.plot(X_train[0], y_train[0], ".b", label="LS ~ $y = f(x)+noise$")
for i in range(n_repeat):
if i == 0:
plt.plot(X_test, y_predict[:, i], "r", label=r"$\^y(x)$")
else:
plt.plot(X_test, y_predict[:, i], "r", alpha=0.05)
plt.plot(X_test, np.mean(y_predict, axis=1), "c", label=r"$\mathbb{E}_{LS} \^y(x)$")
plt.xlim([-5, 5])
plt.title(name)
if n == n_estimators - 1:
plt.legend(loc=(1.1, 0.5))
plt.subplot(2, n_estimators, n_estimators + n + 1)
plt.plot(X_test, y_error, "r", label="$error(x)$")
plt.plot(X_test, y_bias, "b", label="$bias^2(x)$"),
plt.plot(X_test, y_var, "g", label="$variance(x)$"),
plt.plot(X_test, y_noise, "c", label="$noise(x)$")
plt.xlim([-5, 5])
plt.ylim([0, 0.1])
if n == n_estimators - 1:
plt.legend(loc=(1.1, 0.5))
plt.subplots_adjust(right=0.75)
plt.show()