涛哥聊Python | auto-sklearn，一个非常好用的 Python 库！

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原文链接：auto-sklearn，一个非常好用的 Python 库！

大家好，今天为大家分享一个非常好用的 Python 库 - auto-sklearn。

Github地址：https://github.com/automl/auto-sklearn

随着机器学习技术的快速发展，越来越多的组织和个人开始利用机器学习来解决各种问题，从预测销售数据到自然语言处理和图像识别等。然而，对于许多人来说，构建高性能的机器学习模型仍然是一个具有挑战性的任务，需要深入的领域知识和繁琐的模型调优过程。

在这种情况下，自动化机器学习（AutoML）的概念应运而生。AutoML旨在简化机器学习模型的开发过程，使非专业用户也能够轻松创建高性能的模型。Python auto-sklearn库就是这样一个强大的AutoML工具，为用户提供了便捷的接口和自动化的机器学习流程。

0 安装

首先，需要安装auto-sklearn库。

可以使用pip或conda来安装：

pip install auto-sklearn

或者

conda install -c conda-forge auto-sklearn

安装完成后，就可以开始使用auto-sklearn了。

1 入门指南

1.1 基本用法

首先了解一下auto-sklearn的基本用法。将加载一个示例数据集并使用auto-sklearn进行模型训练和预测。

import pandas as pd
from sklearn.model_selection import train_test_split
from autosklearn.classification import AutoSklearnClassifier

# 加载数据集
data = pd.read_csv('iris.csv')
X = data.drop('species', axis=1)
y = data['species']

# 划分训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

# 创建并训练auto-sklearn分类器
automl = AutoSklearnClassifier(time_left_for_this_task=60)
automl.fit(X_train, y_train)

# 使用模型进行预测
predictions = automl.predict(X_test)

# 输出预测结果
print(predictions)

这段代码演示了如何使用auto-sklearn进行分类任务的模型训练和预测。

1.2 模型选择与优化

auto-sklearn支持多种模型类型，包括分类、回归等。通过使用内置的超参数优化功能，可以自动选择最佳模型和参数。

from autosklearn.regression import AutoSklearnRegressor

# 加载数据集
data = pd.read_csv('house_prices.csv')
X = data.drop('price', axis=1)
y = data['price']

# 划分训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

# 创建并训练auto-sklearn回归器
automl_regressor = AutoSklearnRegressor(time_left_for_this_task=60)
automl_regressor.fit(X_train, y_train)

# 使用模型进行预测
predictions = automl_regressor.predict(X_test)

# 输出预测结果
print(predictions)

这段代码展示了如何使用auto-sklearn进行回归任务的模型训练和预测，以及如何自动选择最佳模型和参数。

2 高级功能

2.1 特征工程

auto-sklearn还提供了一些特征工程的功能，可以自动处理数据集中的特征，提高模型的性能和泛化能力。

from autosklearn.feature_selection import SelectPercentileRegression
from sklearn.pipeline import Pipeline

# 创建特征选择器
feature_selector = SelectPercentileRegression(percentile=50)

# 创建pipeline，包括特征选择和回归模型
pipeline = Pipeline([('feature_selector', feature_selector), ('regressor', automl_regressor)])

# 训练模型
pipeline.fit(X_train, y_train)

# 使用模型进行预测
predictions = pipeline.predict(X_test)

# 输出预测结果
print(predictions)

这段代码展示了如何使用auto-sklearn进行特征选择和回归任务，进一步提高模型的性能。

2.2 处理不平衡数据集

对于不平衡的数据集，auto-sklearn也提供了相关功能来处理，例如使用合适的评价指标、类别权重等。

from autosklearn.metrics import make_scorer
from sklearn.metrics import balanced_accuracy_score

# 创建自定义的评价指标（平衡准确率）
balanced_accuracy = make_scorer(balanced_accuracy_score)

# 创建auto-sklearn分类器，并指定评价指标
automl_balanced = AutoSklearnClassifier(time_left_for_this_task=60, scoring=balanced_accuracy)
automl_balanced.fit(X_train, y_train)

# 使用模型进行预测
predictions_balanced = automl_balanced.predict(X_test)

# 输出预测结果
print(predictions_balanced)

这段代码展示了如何使用auto-sklearn处理不平衡数据集，并使用自定义评价指标进行模型评估。

3 性能评估

auto-sklearn支持多种评价指标用于评估模型性能，例如准确率、F1分数等。同时，还可以使用交叉验证技术来验证模型的稳健性和泛化能力。

from sklearn.metrics import accuracy_score
from sklearn.model_selection import cross_val_score

# 使用测试集评估模型准确率
accuracy = accuracy_score(y_test, predictions)
print("Accuracy:", accuracy)

# 使用交叉验证评估模型性能
cv_scores = cross_val_score(automl, X_train, y_train, cv=5)
print("Cross-validation scores:", cv_scores)

这段代码展示了如何使用auto-sklearn进行模型性能评估，包括准确率和交叉验证分数。

4 真实案例

4.1 示例1：分类任务

通过一个真实的分类任务示例来展示auto-sklearn的应用。

from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.metrics import classification_report

# 加载鸢尾花数据集
iris = load_iris()
X_iris = iris.data
y_iris = iris.target

# 划分训练集和测试集
X_train_iris, X_test_iris, y_train_iris, y_test_iris = train_test_split(X_iris, y_iris, test_size=0.2, random_state=42)

# 创建并训练auto-sklearn分类器
automl_iris = AutoSklearnClassifier(time_left_for_this_task=60)
automl_iris.fit(X_train_iris, y_train_iris)

# 使用模型进行预测
predictions_iris = automl_iris.predict(X_test_iris)

# 输出分类报告
print(classification_report(y_test_iris, predictions_iris))

这段代码演示了如何使用auto-sklearn进行一个真实的分类任务，包括加载数据集、划分数据集、训练模型、进行预测并输出分类报告。

4.2 示例2：回归任务

通过一个真实的回归任务示例来展示auto-sklearn的应用。

from sklearn.datasets import load_boston
from sklearn.metrics import mean_squared_error

# 加载波士顿房价数据集
boston = load_boston()
X_boston = boston.data
y_boston = boston.target

# 划分训练集和测试集
X_train_boston, X_test_boston, y_train_boston, y_test_boston = train_test_split(X_boston, y_boston, test_size=0.2, random_state=42)

# 创建并训练auto-sklearn回归器
automl_boston = AutoSklearnRegressor(time_left_for_this_task=60)
automl_boston.fit(X_train_boston, y_train_boston)

# 使用模型进行预测
predictions_boston = automl_boston.predict(X_test_boston)

# 输出均方误差
mse = mean_squared_error(y_test_boston, predictions_boston)
print("Mean Squared Error:", mse)

这段代码演示了如何使用auto-sklearn进行一个真实的回归任务，包括加载数据集、划分数据集、训练模型、进行预测并输出均方误差。

5 总结

在本文中，详细探讨了Python的auto-sklearn库，介绍了其基本用法、模型选择与优化、高级功能、性能评估以及真实案例。auto-sklearn作为一个强大的AutoML工具，为用户提供了便捷的接口和自动化的机器学习流程，大大简化了模型开发的复杂性，同时提高了模型的性能和泛化能力。

THE END!

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