黑神话悟空:如来如果会写代码?判别分析就很简单

文摘   2024-08-22 09:00   爱尔兰  

关注“科研代码”,提升科研认知

最近国产3A大作,黑神话:悟空,终于上线了,不禁让我想到西游记这个文化宝藏里简直有数不尽的财富,对于机器学习领域甚至也有借鉴价值。在《西游记》中,有一段著名的故事:真假美猴王。孙悟空与六耳猕猴在外貌、声音、甚至法力上都极其相似,连唐长老和紧箍咒都无法分辨出谁是真正的孙悟空。为了分辨出真身,他们只能求助于如来佛祖。最终,通过如来的智慧,真相大白,孙悟空得以继续西行取经,而六耳猕猴则被揭露并消灭。

在这个故事中,分辨孙悟空和六耳猕猴的过程,就类似于机器学习中的“判别分析”(Discriminant Analysis)。判别分析的核心任务就是区分看似相似的对象或类别,找到能够最好地区分它们的特征。接下来,我们将从这个有趣的故事出发,深入探讨机器学习中的判别分析、回归分析和预测分析这些重要概念,并结合实际应用案例来说明它们在科研和工程中的关键作用。

1. 判别分析(Discriminant Analysis)

在孙悟空与六耳猕猴的故事中,虽然两者表面上几乎一模一样,但在某些细微特征上还是存在差异的。判别分析正是寻找这些细微差异的过程。在机器学习中,判别分析是一种用于区分不同类别的统计方法,其目的是通过特征或变量来准确地区分不同的类别。
具体来说,判别分析方法如线性判别分析(LDA)会尝试找到那些能够最大化类别之间差异的特征。例如,在孙悟空和六耳猕猴的案例中,可能会考虑诸如法力波动、行为习惯、神态细微差异等“特征”来区分两者。
实际应用示例:在医学诊断中,判别分析可以帮助医生通过患者的各项指标(如血液检测结果、体温、心率等)来区分不同疾病。这种方法能够提高诊断的准确性,使得早期治疗成为可能。

2. 回归分析(Regression Analysis)

回归分析则不同于判别分析和分类模型,它主要用于预测连续变量。假设我们想预测孙悟空在某场战斗中的表现评分,回归分析可以根据以往战斗的表现(如体力消耗、敌人强度、战斗持续时间等)来预测这场战斗的结果。
线性回归是最基本的回归分析方法,它通过找到一个最佳拟合直线来预测输出值。其他复杂的回归方法还能处理非线性关系或多个变量之间的交互效应。
实际应用示例:在房地产市场中,回归分析可以帮助估算房屋的市场价格。通过分析历史销售数据和房屋的特征(如面积、位置、装修水平等),回归模型可以预测某一特定房屋的潜在售价,从而帮助卖家和买家做出决策。

3. 预测分析(Predictive Analytics)

预测分析是一种综合了分类模型和回归分析的技术,用于预测未来的事件或趋势。假如我们想要预测未来某一天是否会发生类似“真假美猴王”的情况,预测分析能够根据过去的历史数据和当前的情境,提供有力的预警和建议。
预测分析通常用于商业决策、风险管理、供应链优化等领域,通过分析大量历史数据来识别潜在的趋势和模式。
实际应用示例:在物流行业中,预测分析可以帮助公司预测未来的运输需求和可能的物流瓶颈,从而提前调整资源配置,确保供应链的高效运作。
我还从西游记中发现了如来亲手写的一段判断真假美猴王的代码:
import numpy as np
import pandas as pd
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.discriminant_analysis import LinearDiscriminantAnalysis
from sklearn.metrics import accuracy_score

# 生成虚拟数据
np.random.seed(42)

# 孙悟空的数据
sun_wukong = pd.DataFrame({
'Power_Level': np.random.randint(80, 101, 50),
'Magic_Fluctuation': np.random.randint(0, 21, 50),
'Response_Ability': np.random.randint(70, 101, 50),
'Expression_Stability': np.random.randint(80, 101, 50),
'Label': ['Sun Wukong'] * 50
})

# 六耳猕猴的数据
liu_er_mihou = pd.DataFrame({
'Power_Level': np.random.randint(60, 81, 50),
'Magic_Fluctuation': np.random.randint(50, 101, 50),
'Response_Ability': np.random.randint(40, 71, 50),
'Expression_Stability': np.random.randint(50, 81, 50),
'Label': ['Liu Er Mihou'] * 50
})

# 合并数据集
data = pd.concat([sun_wukong, liu_er_mihou])

# 特征和标签
X = data[['Power_Level', 'Magic_Fluctuation', 'Response_Ability', 'Expression_Stability']]
y = data['Label']

# 分割数据为训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42)

# 建立线性判别分析模型
lda = LinearDiscriminantAnalysis()
lda.fit(X_train, y_train)
# 预测测试集
y_pred = lda.predict(X_test)
# 模型准确率
accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred)
print(f"模型准确率: {accuracy:.2f}")
通过这个简单的判别模型,我们成功地模拟了一个“真假美猴王”的判别过程。执行上述代码后,模型会输出一个准确率,表示模型在区分孙悟空和六耳猕猴时的正确率。这一模型展示了判别分析如何通过关键特征来有效区分不同类别的对象。

总结

在实际的机器学习应用中,判别分析、回归分析和预测分析各自有着广泛的用途。它们帮助我们从复杂的数据中提取有价值的信息,做出准确的判断和预测。无论是在医疗诊断、金融分析,还是在供应链管理等领域,这些技术都发挥着不可或缺的作用。

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