特徵選擇/範例二: Recursive feature elimination

http://scikit-learn.org/stable/auto_examples/feature_selection/plot_rfe_digits.html

本範例主要目的是減少特徵數量來提升機器學習之預測準確度。 主要方法是去不斷去剔除與資料分類關係轉少之特徵,來篩選特徵數目至指定數目。

  1. load_digits取得內建的數字辨識資料
  2. RFE疊代方式刪去相對不具有目標影響力的特徵.

(一)產生內建的數字辨識資料

# Load the digits dataset
digits = load_digits()
X = digits.images.reshape((len(digits.images), -1))
y = digits.target

數位數字資料是解析度為8*8的手寫數字影像,總共有1797筆資料。預設為0~9十種數字類型,亦可由n_class來設定要取得多少種數字類型。

輸出的資料包含

  1. ‘data’, 特徵資料(1797*64)
  2. ‘images’, 影像資料(1797*8*8)
  3. ‘target’, 資料標籤(1797)
  4. ‘target_names’, 選取出的標籤列表(與n_class給定的長度一樣)
  5. ‘DESCR’, 此資料庫的描述

可以參考Classification的Ex1

(二)以疊代方式計算模型

RFE以排除最不具目標影響力的特徵,做特徵的影響力排序。並且將訓練用的特徵挑選至n_features_to_select所給定的特徵數。因為要看每一個特徵的影響力排序,所以我們將n_features_to_select設定為1,一般會根據你所知道的具有影響力特徵數目來設定該參數。而step代表每次刪除較不具影響力的特徵數目,因為本範例要觀察每個特徵的影響力排序,所以也是設定為1。若在實際應用時,特徵的數目較大,可以考慮將step的參數設高一點。

# Create the RFE object and rank each pixel
svc = SVC(kernel="linear", C=1)
rfe = RFE(estimator=svc, n_features_to_select=1, step=1)
rfe.fit(X, y)
ranking = rfe.ranking_.reshape(digits.images[0].shape)

可以用方法ranking_來看輸入的特徵權重關係。而方法estimator_可以取得訓練好的分類機狀態。比較特別的是當我們核函數是以線性來做分類時,estimator_下的方法coef_即為特徵的分類權重矩陣。權重矩陣的大小會因為n_features_to_select與資料的分類類別而改變,譬如本範例是十個數字的分類,並選擇以一個特徵來做分類訓練,就會得到45*1的係數矩陣,其中45是從分類類別所需要的判斷式而來,與巴斯卡三角形的第三層數正比。

(三)畫出每個像素所對應的權重順序

取得每個像素位置對於判斷數字的權重順序後,我們把權重順序依照顏色畫在對應的位置,數值愈大代表該像素是較不重要之特徵。由結果來看,不重要之特徵多半位於影像之外圍部份。而所有的訓練影像中,外圍像素多半為空白,因此較不重要。

# Plot pixel ranking
plt.matshow(ranking, cmap=plt.cm.Blues)
plt.colorbar()
plt.title("Ranking of pixels with RFE")
plt.show()

png

(四)原始碼

Python source code: plot_rfe_digits.py

print(__doc__)

from sklearn.svm import SVC
from sklearn.datasets import load_digits
from sklearn.feature_selection import RFE
import matplotlib.pyplot as plt

# Load the digits dataset
digits = load_digits()
X = digits.images.reshape((len(digits.images), -1))
y = digits.target

# Create the RFE object and rank each pixel
svc = SVC(kernel="linear", C=1)
rfe = RFE(estimator=svc, n_features_to_select=1, step=1)
rfe.fit(X, y)
ranking = rfe.ranking_.reshape(digits.images[0].shape)

# Plot pixel ranking
plt.matshow(ranking, cmap=plt.cm.Blues)
plt.colorbar()
plt.title("Ranking of pixels with RFE")
plt.show()

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