scikit-learn中PCA的使用方法

@author:wepon

@blog:http://blog.csdn.net/u012162613/article/details/42192293


在前一篇文章 主成分分析(PCA) 中,我基于python和numpy实现了PCA算法,主要是为了加深对算法的理解,算法的实现很粗糙,实际应用中我们一般调用成熟的包,本文就结束scikit-learn中PCA使用的方法和需要注意的细节,参考:sklearn.decomposition.PCA


1、函数原型及参数说明

[python]  view plain  copy
  1. sklearn.decomposition.PCA(n_components=None, copy=True, whiten=False)  


参数说明:

n_components:  
意义:PCA算法中所要保留的主成分个数n,也即保留下来的特征个数n
类型:int 或者 string,缺省时默认为None,所有成分被保留。
          赋值为int,比如n_components=1,将把原始数据降到一个维度。
          赋值为string,比如n_components='mle',将自动选取特征个数n,使得满足所要求的方差百分比。

copy:

类型:bool,True或者False,缺省时默认为True。

意义:表示是否在运行算法时,将原始训练数据复制一份。若为True,则运行PCA算法后,原始训练数据的值不            会有任何改变,因为是在原始数据的副本上进行运算;若为False,则运行PCA算法后,原始训练数据的              值会改,因为是在原始数据上进行降维计算。

whiten:

类型:bool,缺省时默认为False

意义:白化,使得每个特征具有相同的方差。关于“白化”,可参考:Ufldl教程



2、PCA对象的属性


components_ :返回具有最大方差的成分。
explained_variance_ratio_:返回 所保留的n个成分各自的方差百分比。
n_components_:返回所保留的成分个数n。
mean_:
noise_variance_:


3、PCA对象的方法

  • fit(X,y=None)
fit()可以说是scikit-learn中通用的方法,每个需要训练的算法都会有fit()方法,它其实就是算法中的“训练”这一步骤。因为PCA是无监督学习算法,此处y自然等于None。

fit(X),表示用数据X来训练PCA模型。

函数返回值:调用fit方法的对象本身。比如pca.fit(X),表示用X对pca这个对象进行训练。

  • fit_transform(X)
用X来训练PCA模型,同时返回降维后的数据。
newX=pca.fit_transform(X),newX就是降维后的数据。

  • inverse_transform()
将降维后的数据转换成原始数据,X=pca.inverse_transform(newX)

  • transform(X)
将数据X转换成降维后的数据。当模型训练好后,对于新输入的数据,都可以用transform方法来降维。

此外,还有get_covariance()、get_precision()、get_params(deep=True)、score(X, y=None)等方法,以后用到再补充吧。


4、example


以一组二维的数据data为例,data如下,一共12个样本(x,y),其实就是分布在直线y=x上的点,并且聚集在x=1、2、3、4上,各3个。
[python]  view plain  copy
  1. >>> data  
  2. array([[ 1.  ,  1.  ],  
  3.        [ 0.9 ,  0.95],  
  4.        [ 1.01,  1.03],  
  5.        [ 2.  ,  2.  ],  
  6.        [ 2.03,  2.06],  
  7.        [ 1.98,  1.89],  
  8.        [ 3.  ,  3.  ],  
  9.        [ 3.03,  3.05],  
  10.        [ 2.89,  3.1 ],  
  11.        [ 4.  ,  4.  ],  
  12.        [ 4.06,  4.02],  
  13.        [ 3.97,  4.01]])  

data这组数据,有两个特征,因为两个特征是近似相等的,所以用一个特征就能表示了,即可以降到一维。下面就来看看怎么用sklearn中的PCA算法包。

(1)n_components设置为1,copy默认为True,可以看到原始数据data并未改变,newData是一维的,并且明显地将原始数据分成了四类。

[python]  view plain  copy
  1. >>> from sklearn.decomposition import PCA   
  2. >>> pca=PCA(n_components=1)  
  3. >>> newData=pca.fit_transform(data)  
  4. >>> newData  
  5. array([[-2.12015916],  
  6.        [-2.22617682],  
  7.        [-2.09185561],  
  8.        [-0.70594692],  
  9.        [-0.64227841],  
  10.        [-0.79795758],  
  11.        [ 0.70826533],  
  12.        [ 0.76485312],  
  13.        [ 0.70139695],  
  14.        [ 2.12247757],  
  15.        [ 2.17900746],  
  16.        [ 2.10837406]])  
  17. >>> data  
  18. array([[ 1.  ,  1.  ],  
  19.        [ 0.9 ,  0.95],  
  20.        [ 1.01,  1.03],  
  21.        [ 2.  ,  2.  ],  
  22.        [ 2.03,  2.06],  
  23.        [ 1.98,  1.89],  
  24.        [ 3.  ,  3.  ],  
  25.        [ 3.03,  3.05],  
  26.        [ 2.89,  3.1 ],  
  27.        [ 4.  ,  4.  ],  
  28.        [ 4.06,  4.02],  
  29.        [ 3.97,  4.01]])  

2)将copy设置为False,原始数据data将发生改变。
[python]  view plain  copy
  1. >>> pca=PCA(n_components=1,copy=False)  
  2. >>> newData=pca.fit_transform(data)  
  3. >>> data  
  4. array([[-1.48916667, -1.50916667],  
  5.        [-1.58916667, -1.55916667],  
  6.        [-1.47916667, -1.47916667],  
  7.        [-0.48916667, -0.50916667],  
  8.        [-0.45916667, -0.44916667],  
  9.        [-0.50916667, -0.61916667],  
  10.        [ 0.51083333,  0.49083333],  
  11.        [ 0.54083333,  0.54083333],  
  12.        [ 0.40083333,  0.59083333],  
  13.        [ 1.51083333,  1.49083333],  
  14.        [ 1.57083333,  1.51083333],  
  15.        [ 1.48083333,  1.50083333]])  


(3)n_components设置为'mle',看看效果,自动降到了1维。
[python]  view plain  copy
  1. >>> pca=PCA(n_components='mle')  
  2. >>> newData=pca.fit_transform(data)  
  3. >>> newData  
  4. array([[-2.12015916],  
  5.        [-2.22617682],  
  6.        [-2.09185561],  
  7.        [-0.70594692],  
  8.        [-0.64227841],  
  9.        [-0.79795758],  
  10.        [ 0.70826533],  
  11.        [ 0.76485312],  
  12.        [ 0.70139695],  
  13.        [ 2.12247757],  
  14.        [ 2.17900746],  
  15.        [ 2.10837406]])  

(4)对象的属性值
[python]  view plain  copy
  1. >>> pca.n_components  
  2. 1  
  3. >>> pca.explained_variance_ratio_  
  4. array([ 0.99910873])  
  5. >>> pca.explained_variance_  
  6. array([ 2.55427003])  
  7. >>> pca.get_params  
  8. <bound method PCA.get_params of PCA(copy=True, n_components=1, whiten=False)>  

我们所训练的pca对象的n_components值为1,即保留1个特征,该特征的方差为2.55427003, 占所有特征的方差百分比为0.99910873,意味着几乎保留了所有的信息。get_params返回各个参数的值。

(5)对象的方法
[python]  view plain  copy
  1. >>> newA=pca.transform(A)  
对新的数据A,用已训练好的pca模型进行降维。

[python]  view plain  copy
  1. >>> pca.set_params(copy=False)  
  2. PCA(copy=False, n_components=1, whiten=False)  
设置参数。

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