京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
线性回归就是利用数理统计中回归分析,来确定两种或两种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法,运用十分广泛。我们在机器学习过程中也经常会遇到构建线性回归模型的场景,对于初学者来说还是比较困难的。今天小编就给大家分享一篇关于python实战线性回归模型的文章,希望对于大家python的学习和使用,以及线性回归模型的构建有所帮助。
文章来源: 早起Python
作者:萝卜
「多元线性回归模型」非常常见,是大多数人入门机器学习的第一个案例,尽管如此,里面还是有许多值得学习和注意的地方。其中多元共线性这个问题将贯穿所有的机器学习模型,所以本文会「将原理知识穿插于代码段中」,争取以不一样的视角来叙述和讲解「如何更好的构建和优化多元线性回归模型」。主要将分为两个部分:
Python 多元线性回归的模型的实战案例有非常多,这里虽然选用的经典的房价预测,但贵在的流程简洁完整,其中用到的精度优化方法效果拔群,能提供比较好的参考价值。
本文的数据集是经过清洗的美国某地区的房价数据集
import pandas as pd import numpy as np import seaborn as sns import matplotlib.pyplot as plt df = pd.read_csv('house_prices.csv') df.info();df.head()
参数说明:
现在我们直接构建多元线性回归模型
from statsmodels.formula.api import ols
# 小写的 ols 函数才会自带截距项,OLS 则不会
# 固定格式:因变量 ~ 自变量(+ 号连接)
lm = ols('price ~ area + bedrooms + bathrooms', data=df).fit()
lm.summary()
红框为我们关注的结果值,其中截距项Intercept的 P 值没有意义,可以不用管它
从上图可以看到,模型的精度较低,因为还有类别变量neighborhood和style没有完全利用。这里我们先查看一下类别变量的类别分布情况:
# 类别变量,又称为名义变量,nominal variables
nominal_vars = ['neighborhood', 'style']
for each in nominal_vars:
print(each, ':')
print(df[each].agg(['value_counts']).T) # Pandas 骚操作
# 直接 .value_counts().T 无法实现下面的效果
## 必须得 agg,而且里面的中括号 [] 也不能少
print('='*35)
因为类别变量无法直接放入模型,这里需要转换一下,而多元线性回归模型中类别变量的转换最常用的方法之一便是将其转化成虚拟变量。原理其实非常简单,将无法直接用于建模的名义变量转换成可放入模型的虚拟变量的核心就短短八个字:「四散拆开,非此即彼」。下面用一个只有 4 行的微型数据集辅以说明。
从上表中,不难发现:
接下来要做的就是将生成的虚拟变量们放入多元线性回归模型,但要注意的是:「转化后的虚拟变量们需要舍弃一个」,才能得到满秩矩阵。具体原因和有关线性代数的解释可以查看笔者打包好的论文,我们可以理解为,当该名义变量可划分为 n 类时,只需要 n-1 个虚拟变量就已足够获知所有信息了。该丢弃哪个,可根据实际情况来决定。
因此为原数据集的某名义变量添加虚拟变量的步骤为:
注意虚拟变量设置成功后,需要与原来的数据集拼接,这样才能将其一起放进模型。
再次建模后,发现模型精度大大提升,但潜在的多元共线性问题也随之显现出来
在解释模型中虚拟变量的系数之前,我们先消除模型中多元共线性的影响,因为在排除共线性后,模型中的各个自变量的系数又会改变,最终的多元线性回归模型的等式又会不一样。多重线性回归模型的主要假设之一是我们的预测变量(自变量)彼此不相关。我们希望预测变量(自变量)与反应变量(因变量)相关,而不是彼此之间具有相关性。方差膨胀因子(Variance Inflation Factor,以下简称VIF),是「指解释变量之间存在多重共线性时的方差与不存在多重共线性时的方差之比」
上图公式可以看出在方差膨胀因子的检测中:
越大,显示共线性越严重。经验判断方法表明:「当 ,不存在多重共线性;当 ,存在较强的多重共线性;当 ,存在严重多重共线性」。
我们自己来写一个方差膨胀因子的检测函数
def vif(df, col_i): """ df: 整份数据 col_i:被检测的列名 """ cols = list(df.columns) cols.remove(col_i) cols_noti = cols formula = col_i + '~' + '+'.join(cols_noti) r2 = ols(formula, df).fit().rsquared return 1. / (1. - r2)
现在进行检测
test_data = results[['area', 'bedrooms', 'bathrooms', 'A', 'B']] for i in test_data.columns: print(i, '\t', vif(df=test_data, col_i=i))
发现bedrooms和bathrooms存在强相关性,可能这两个变量是解释同一个问题,方差膨胀因子较大的自变量通常是成对出现的。
果然,bedrooms和bathrooms这两个变量的方差膨胀因子较高,这里删除自变量bedrooms再次进行建模
lm = ols(formula='price ~ area + bathrooms + A + B', data=results).fit() lm.summary()
模型精度稍降,但消除了多元共线性后能够使模型的泛化能力提升。再次进行多元共线性检测
test_data = results[['area', 'bedrooms', 'A', 'B']] for i in test_data.columns: print(i, '\t', vif(df=test_data, col_i=i))
那么多元共线性就「只有通过方差膨胀因子才能看的出来吗?」 其实并不一定,通过结合散点图或相关稀疏矩阵和模型中自变量的系数也能看出端倪。下图是未处理多元共线性时的自变量系数。
可以很明显的看出,bathrooms的参数很可能是有问题的,怎么可能bathrooms的数据量每增加一个,房屋总价还减少 1.373*10 的四次方美元呢?简单的画个散点图和热力图也应该知道房屋总价与bathrooms 个数应该是成正比例关系的。
多元线性回归模型的可解释性比较强,将模型参数打印出来即可求出因变量与自变量的关系
所以最终的建模结果如下,且该模型的精度为0.916
另外在等式结果中,截距项Intercept和area,bedrooms等变量的系数都还好理解;A,B 这两个虚拟变量可能相对困难些。其实根据原理部分的表格来看,如果房屋在 C 区,那等式中 A 和 B 这两个字母的值便是 0,所以这便引出了非常重要的一点:使用了虚拟变量的多元线性回归模型结果中,存在于模型内的虚拟变量都是跟被删除掉的那个虚拟变量进行比较。所以这个结果便表示在其他情况完全一样时(即除虚拟变量外的项)A 区的房屋比 C 区低 8707.18 美元,B 区则比 C 区贵 449896.73.7 美元。当然我们也可以画个箱线图来查看与检验,发现结果正如模型中 A 与 B 的系数那般显示。
本文以多元线性回归为基础和前提,在因变量房价与多个自变量的实际观测值建立了多元线性回归模型;分析并检验各个预测变量对因变量的综合线性影响的显著性,并尽可能的消除多重共线性的影响,筛选出因变量有显著线性影响的自变量,对基准模型进行优化,并对各自变量相对重要性进行评定,进而提升了回归模型的预测精度。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 一、数据处理概述 定义: 在正式开展数据分析之前,对原始采集的数据进行整理、修正、加工和精 ...
2026-11-06一、为什么数据要先标准化 拿到一份数据,各列的量纲往往完全不同:年龄单位是"岁"(约 20~60),收入单位是"元"(几千到几万) ...
2026-11-06一、为什么 Python 成了统计分析的主流工具 十年前做统计分析,主流选择是 SPSS、SAS、Stata。现在越来越多的研究者、分析师转向 ...
2026-11-06核心资源推荐 CDA教材(2025):https://edu.cda.cn/goods/show/3151CDA模拟题(2025):https://edu.cda.cn/goods/show/2845CD ...
2026-11-06核心资源推荐 CDA教材(2025):https://edu.cda.cn/goods/show/3151CDA模拟题(2025):https://edu.cda.cn/goods/show/2845CD ...
2026-11-06“大学生必备证书有哪些”最容易被答成一张越长越好的清单。但校招筛选的真实逻辑是:证书要对应你投的岗位任务,并且在校期间确 ...
2026-11-05大学期间能报的证书,先别急着看“含金量榜单”。更实用的第一步是问:我现在这个身份、这个学历,符合报考条件吗? 很多证书宣 ...
2026-11-05大学期间能考的证书很多,但真正需要先回答的是两个问题:当前有没有报考资格,以及这张证书对应什么岗位任务。 前者决定你能不 ...
2026-11-05先把结论说清楚:真正“只有在校大学生能考、毕业就彻底没资格”的证书数量不多,主要集中在语言类考试的部分专项、面向高校学生 ...
2026-11-05上班族问“考什么证书有用”,真正要解决的不是找一张“最值钱”的证,而是判断哪张证能嵌进你现有的岗位任务。同样一张证书,做 ...
2026-11-05职称证书不是统一的考试项目。同样“考职称”,经济、会计、统计、审计、软考走全国统一考试,工程、教师、卫生等系列多数走评审 ...
2026-11-0533岁选证书,最怕两件事:一是被“适合女生”的清单带着走,考完发现岗位用不上;二是投入大半年,报名时才发现学历、专业或工作 ...
2026-11-05“女生容易考的证书”这个问题,真正难的不是找一份名单,而是判断“容易”到底指什么。报名条件宽松、考试通过率高、拿证后能找 ...
2026-11-05“女生适合考什么证书”这类搜索,背后往往是同一个困惑:网上榜单太多,口径却说不清楚。有人把培训证书和职业资格混在一起排, ...
2026-11-05先把结论说清楚:没有一张证书对所有人都“又好考又实用”。同一个证,对在校生可能报名门槛都过不了,对有三年工作经验的人却只 ...
2026-11-05“考证书有哪些”这个问题,如果只想要一份名单,网上能搜到成百上千个。但真正有用的答案不是“有哪些”,而是“它们分别是什么 ...
2026-11-05“考什么证好一点”这句话,十个人问可能有十个意思。有人想问哪个证容易过,有人想知道哪个证找工作管用,还有人关心哪个证长期 ...
2026-11-05“考哪些证书最吃香”很难用一张榜单回答。同一张证书,在有的岗位是硬门槛,在另一些岗位只是加分项;对在校生和在职者的价值也 ...
2026-11-05家庭主妇能考的证书不少,但真正值得花时间的,不是“哪个证热门”,而是先确认你当前能不能报,再按每周可投入时间和未来出口缩 ...
2026-11-05“国家认证的职业技能证书”并不是某一本证书的正式名称,而是一句被大量使用的宣传口径。它可能指向人社部门的国家职业资格、备 ...
2026-11-05