說明:這是一個機(jī)器學(xué)習(xí)實戰(zhàn)項目(附帶數(shù)據(jù)+代碼+文檔+視頻講解),如需數(shù)據(jù)+代碼+文檔+視頻講解可以直接到文章最后獲取。
1.項目背景
蟻群優(yōu)化算法(Ant Colony Optimization, ACO)是一種源于大自然生物世界的新的仿生進(jìn)化算法,由意大利學(xué)者M(jìn). Dorigo, V. Maniezzo和A.Colorni等人于20世紀(jì)90年代初期通過模擬自然界中螞蟻集體尋徑行為而提出的一種基于種群的啟發(fā)式隨機(jī)搜索算法"。螞蟻有能力在沒有任何提示的情形下找到從巢穴到食物源的最短路徑,并且能隨環(huán)境的變化,適應(yīng)性地搜索新的路徑,產(chǎn)生新的選擇。其根本原因是螞蟻在尋找食物時,能在其走過的路徑上釋放一種特殊的分泌物——信息素(也稱外激素),隨著時間的推移該物質(zhì)會逐漸揮發(fā),后來的螞蟻選擇該路徑的概率與當(dāng)時這條路徑上信息素的強(qiáng)度成正比。當(dāng)一條路徑上通過的螞蟻越來越多時,其留下的信息素也越來越多,后來螞蟻選擇該路徑的概率也就越高,從而更增加了該路徑上的信息素強(qiáng)度。而強(qiáng)度大的信息素會吸引更多的螞蟻,從而形成一種正反饋機(jī)制。通過這種正反饋機(jī)制,螞蟻最終可以發(fā)現(xiàn)最短路徑。
本項目通過ACO蟻群優(yōu)化算法尋找最優(yōu)的參數(shù)值來優(yōu)化CNN回歸模型。
2.數(shù)據(jù)獲取
本次建模數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)(本項目撰寫人整理而成),數(shù)據(jù)項統(tǒng)計如下:
數(shù)據(jù)詳情如下(部分展示):
3.數(shù)據(jù)預(yù)處理
3.1 用Pandas工具查看數(shù)據(jù)
使用Pandas工具的head()方法查看前五行數(shù)據(jù):
關(guān)鍵代碼:
3.2數(shù)據(jù)缺失查看
使用Pandas工具的info()方法查看數(shù)據(jù)信息:
從上圖可以看到,總共有11個變量,數(shù)據(jù)中無缺失值,共2000條數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵代碼:
3.3數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計
通過Pandas工具的describe()方法來查看數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、分位數(shù)、最大值。
關(guān)鍵代碼如下:
4.探索性數(shù)據(jù)分析
4.1 y變量直方圖
用Matplotlib工具的hist()方法繪制直方圖:
從上圖可以看到,y變量主要集中在-400~400之間。
4.2 相關(guān)性分析
?
從上圖中可以看到,數(shù)值越大相關(guān)性越強(qiáng),正值是正相關(guān)、負(fù)值是負(fù)相關(guān)。
5.特征工程
5.1 建立特征數(shù)據(jù)和標(biāo)簽數(shù)據(jù)
關(guān)鍵代碼如下:
5.2 數(shù)據(jù)集拆分
通過train_test_split()方法按照80%訓(xùn)練集、20%測試集進(jìn)行劃分,關(guān)鍵代碼如下:
5.3 數(shù)據(jù)樣本增維
數(shù)據(jù)樣本增加維度后的數(shù)據(jù)形狀:
6.構(gòu)建ACO蟻群優(yōu)化算法優(yōu)化CNN回歸模型
主要使用ACO蟻群優(yōu)化算法優(yōu)化CNN回歸算法,用于目標(biāo)回歸。
6.1 ACO蟻群優(yōu)化算法尋找的最優(yōu)參數(shù)
關(guān)鍵代碼:
最優(yōu)參數(shù):
?6.2 最優(yōu)參數(shù)值構(gòu)建模型
6.3 最優(yōu)參數(shù)模型摘要信息
?
6.4 最優(yōu)參數(shù)模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
?
6.5 最優(yōu)參數(shù)模型訓(xùn)練集測試集損失曲線圖
?
7.模型評估
7.1 評估指標(biāo)及結(jié)果
評估指標(biāo)主要包括可解釋方差值、平均絕對誤差、均方誤差、R方值等等。
從上表可以看出,R方0.9227,為模型效果良好。
關(guān)鍵代碼如下:
?7.2 真實值與預(yù)測值對比圖
從上圖可以看出真實值和預(yù)測值波動基本一致,模型擬合效果良好。 ?
8.結(jié)論與展望
綜上所述,本文采用了ACO蟻群優(yōu)化算法尋找CNN回歸算法的最優(yōu)參數(shù)值來構(gòu)建回歸模型,最終證明了我們提出的模型效果良好。此模型可用于日常產(chǎn)品的預(yù)測。
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