Python机器学习库:Scikit-Learn简介

如果你是一名Python程序员，并且你正在寻找一个强大的库将机器学习引入你的项目，那么你可以考虑使用Scikit-Learn库。

在这篇文章中，你能得到scikit-learn库的概述，以及有关相关参考资料的获取方案。

它的诞生

Scikit-learn产生于David Cournapeau在2007年Google代码之夏的项目中。

后来Matthieu Brucher加入了这个项目，并把它作为他论文的一部分。2010年，在INRIA是得到了第一次公开（v0.1 beta），并于2010年1月下旬发布。

该项目现在有超过30个活跃的贡献者，并且从INRIA，Google，Tinyclues和Python软件基金会获得了赞助。

Scikit-Learn主页

什么是Scikit-Learn？

Scikit-learn提供了一系列有监督和无监督的Python机器学习算法。

它的发行遵循BSD许可协议，并存在于众多Linux发行版当中，鼓励学术和商业用途。

该库基于SciPy库（Scientific Python）上，在使用scikit-learn之前必须安装包括：

• NumPy：基本的N维数组包
• SciPy：科学计算基础库
• Matplotlib：全面2D / 3D绘图库
• IPython：增强的交互式控制
• Sympy：符号数学
• Pandas：数据结构和分析

基于SciPy的模块或扩展常被命名为SciKits。因此，由于该模块提供了机器学习算法将其命名为scikit-learn。

这个版本的库的目的是为项目系统中的应用提供强大的支持。这意味着对诸如易用性，代码质量，协作，文档和性能等方面的深入考虑。

虽然接口是Python的，但 c-libraries对性能起着举足亲重的作用，例如数组和矩阵的操作, LAPACK, LibSVM，以及被谨慎使用的cython。

有什么特点？

库擅长数据建模。它不擅长数据的加载，操作和汇总。有关这些功能，请使用NumPy和Pandas。

从均值漂移聚类算法演示中截取的截图

scikit-learn提供的一些通用模型功能包括：

• 聚类（Clustering）：用于分组如KMeans的未标记的数据。
• 交叉验证（Cross Validation）：用于估计不可见数据的监督模型的性能。
• 数据集（Datasets）：用于测试数据集和用于生成具有特定属性的数据集，以及用于研究模型行为。
• 降维（Dimensionality Reduction）：用于减少汇总数据中的属性数量，可视化和特征选择，如主要成分分析。
• 集合方法（Ensemble methods）：结合多个监督模型的预测。
• 特征提取（Feature extraction）：用于提取图像和文本数据中的属性。
• 特征选择（Feature selection）：用于识别创建监督模型的选取属性。
• 参数调整（Parameter Tuning）：充分利用监督模型。
• 流形学习（Manifold Learning）：用于总结和描绘复杂的多维数据。
• 监督模型（Supervised Models）：广泛的支持包括但不限于广义线性模型，歧视分析，朴素贝叶斯，懒惰方法，神经网络，支持向量机和决策树。

示例：分类与回归实验

我在这里想给出一个例子，告诉大家使用这个库是多么简单。

在这个例子中，我们使用分类和回归分析决策树（CART）算法来模拟Iris flower数据集。

该数据集作为示例数据集提供给库并加载。分类器调整数据，然后对训练数据进行预测。

最后打印分类精度和混淆矩阵。

 # 决策树分类样本
from sklearn import datasets
from sklearn import metrics
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifie
# 加载iris数据集
dataset = datasets.load_iris()
# 对数据用CART模型拟合
model = DecisionTreeClassifier()
model.fit(dataset.data, dataset.target)
print(model)
# 做出预测
expected = dataset.target
predicted = model.predict(dataset.data)
# 总结模型拟合
print(metrics.classification_report(expected, predicted))
print(metrics.confusion_matrix(expected, predicted))

运行这个例子会产生下面的输出，根据一些常用度量和模糊矩阵的模型方案，显示训练模型的细节。

DecisionTreeClassifier(class_weight=None, criterion='gini', max_depth=None,
            max_features=None, max_leaf_nodes=None, min_samples_leaf=1,
            min_samples_split=2, min_weight_fraction_leaf=0.0,
            presort=False, random_state=None, splitter='best')
             precision    recall  f1-score   support

          0       1.00      1.00      1.00        50
          1       1.00      1.00      1.00        50
          2       1.00      1.00      1.00        50

avg / total       1.00      1.00      1.00       150
[[50  0  0]
 [ 0 50  0]
 [ 0  0 50]]

谁在使用它？

该scikit-learn页面列出INRIA，Mendeley，wise.io，Evernote的，巴黎高等电信学校和AWeber用户。

如果这仅仅是使用它的公司的一小部分，那么很可能有几十到几百大型组织正在使用这个库。

它具有良好的测试覆盖率和管理版本，适用于原型和生产项目。

资源

如果您有兴趣了解更多信息，请查阅Scikit-Learn主页上的相关文档资料。

您可以从github存储库获取代码，并在Sourceforge项目上找到可用的历史版本。

文档

我建议从快速入门教程开始，通过用户指南和示例库浏览您感兴趣的算法。

最终，scikit-learn是一个库，API参考是最佳的文档。

• 快速入门教程 http://scikit-learn.org/stable/tutorial/basic/tutorial.html
• 用户指南 http://scikit-learn.org/stable/user_guide.html
• API参考 http://scikit-learn.org/stable/modules/classes.html
• 示例图片库 http://scikit-learn.org/stable/auto_examples/index.html

文件

如果您有兴趣了解更多关于项目的信息，那么可用查阅这些论文：

• Scikit-learn: Machine Learning in Python (2011)
• API design for machine learning software: experiences from the scikit-learn project (2013)

图书

如果你正在寻找一本好书，我极力推荐《Building Machine Learning Systems with Python

》。写得很好，例子也很有趣。

• Learning scikit-learn: Machine Learning in Python (2013)
• Building Machine Learning Systems with Python (2013)
• Statistics, Data Mining, and Machine Learning in Astronomy: A Practical Python Guide for the Analysis of Survey Data (2014)

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