高斯过程分类在XOR数据集上的应用

高斯过程分类(GPC)是一种基于概率的机器学习方法,它可以用来解决分类问题。在本例中,将GPC应用于XOR数据集,并比较了两种不同类型的核函数:静态各向同性核(RBF)和非静态核(点积核)。XOR数据集是一个二维数据集,其特点是类别边界是线性的,并且与坐标轴重合。因此,对于这种特定的数据集,点积核能够获得更好的分类效果。

在实际应用中,静态核通常能够获得更好的结果,因为它们能够捕捉数据中的全局模式。然而,在某些情况下,非静态核可能会更加有效,特别是当数据的类别边界与坐标轴不重合时。在本例中,通过调整核函数的参数,来观察不同核函数在XOR数据集上的表现。

在代码实现中,首先生成了一个随机的二维数据集,并使用逻辑异或操作来生成对应的标签。然后,定义了两种核函数,并使用高斯过程分类器来拟合这些数据。在拟合过程中,遇到了一个警告,提示找到的参数值接近于设定的上限。这表明,通过增加参数的上限并重新拟合模型,可能能够找到更好的参数值。

在模型拟合完成后,使用预测概率函数来预测网格上每个点的类别。然后,使用等高线图来可视化分类边界,并使用散点图来显示原始数据点。通过比较两种核函数的分类结果,可以更直观地理解它们在XOR数据集上的表现差异。

最后,展示了脚本的总运行时间,并提供了Jupyter笔记本、Python源代码和压缩包的下载链接。此外,还提供了一些相关的示例,如在iris数据集上的高斯过程分类和支持向量机(SVM)练习。这些示例可以帮助用户更深入地理解高斯过程分类和机器学习中的其他概念。

import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np from sklearn.gaussian_process import GaussianProcessClassifier from sklearn.gaussian_process.kernels import RBF, DotProduct # 生成数据 xx, yy = np.meshgrid(np.linspace(-3, 3, 50), np.linspace(-3, 3, 50)) rng = np.random.RandomState(0) X = rng.randn(200, 2) Y = np.logical_xor(X[:, 0] > 0, X[:, 1] > 0) # 定义核函数 kernels = [1.0 * RBF(length_scale=1.15), 1.0 * DotProduct(sigma_0=1.0)**2] # 绘制结果 plt.figure(figsize=(10, 5)) for i, kernel in enumerate(kernels): clf = GaussianProcessClassifier(kernel=kernel, warm_start=True).fit(X, Y) Z = clf.predict_proba(np.vstack((xx.ravel(), yy.ravel())).T)[:, 1] Z = Z.reshape(xx.shape) plt.subplot(1, 2, i + 1) plt.imshow(Z, interpolation='nearest', extent=(xx.min(), xx.max(), yy.min(), yy.max()), aspect='auto', origin='lower', cmap=plt.cm.PuOr_r) contours = plt.contour(xx, yy, Z, levels=[0.5], linewidths=2, colors=['k']) plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], s=30, c=Y, cmap=plt.cm.Paired, edgecolors=(0, 0, 0)) plt.xticks(()) plt.yticks(()) plt.axis([-3, 3, -3, 3]) plt.colorbar() plt.title("%s\nLog-Marginal-Likelihood: %.3f" % (clf.kernel_, clf.log_marginal_likelihood(clf.kernel_.theta)), fontsize=12) plt.tight_layout() plt.show()
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