Python实现最小二乘法线性拟合:自定义算法与Scikit-learn对比
本文通过Python代码演示最小二乘法线性拟合过程,对比自定义实现与Scikit-learn库的结果。实验生成带噪声数据,自定义函数通过梯度下降迭代求解参数,最终输出斜率W约2.5649和截距b约0.2453,与官方库结果高度一致,验证了算法有效性。
最小二乘法线性拟合实现与对比
本文展示使用Python代码实现最小二乘法线性拟合的过程,并对比自定义实现的算法与现有库函数的计算结果。
核心任务是对带有噪声的直线附近数据进行线性拟合,从而估算出权重w和偏置b的值。
最小二乘法的核心思想在于最小化样本数据的方差。
代码中定义了self_func()作为自定义拟合函数,同时使用skl_func()调用scikit-learn库中的线性模型模块进行对比。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.linear_model import LinearRegression
n = 101
x = np.linspace(0,10,n)
noise = np.random.randn(n)
y = 2.5 * x + 0.8 + 2.0 * noise
def self_func(steps=100, alpha=0.01):
w = 0.5
b = 0
alpha = 0.01
for i in range(steps):
y_hat = w*x + b
dy = 2.0*(y_hat - y)
dw = dy*x
db = dy
w = w - alpha*np.sum(dw)/n
b = b - alpha*np.sum(db)/n
e = np.sum((y_hat-y)**2)/n
#print (i,'W=',w,'\tb=',b,'\te=',e)
print ('self_func:\tW =',w,'\n\tb =',b)
plt.scatter(x,y)
plt.plot(np.arange(0,10,1), w*np.arange(0,10,1) + b, color = 'r', marker = 'o', label = 'self_func(steps='+str(steps)+', alpha='+str(alpha)+')')
def skl_func():
lr = LinearRegression()
lr.fit(x.reshape(-1,1),y)
y_hat = lr.predict(np.arange(0,10,0.75).reshape(-1,1))
print('skl_fun:\tW = %f\n\tb = %f'%(lr.coef_,lr.intercept_))
plt.plot(np.arange(0,10,0.75), y_hat, color = 'g', marker = 'x', label = 'skl_func')
self_func(10000)
skl_func()
plt.legend(loc='upper left')
plt.show()
具体运行结果如下:
自定义函数输出:W = 2.5648753825503197,b = 0.24527830841237772;Scikit-learn函数输出:W = 2.564875,b = 0.245278。

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