GLM i R: Generaliseret lineƦr model og logistisk regression
ā” Smart opsummering
Den generaliserede lineære model (GLM) i R udvider ordinær regression til udfald, der er binære, tællingsbaserede eller ikke-normale. Denne gennemgang bygger en logistisk GLM pÄ datasættet for voksenindkomst og evaluerer det med nøjagtighed, præcision, recall og ROC.

Hvad er en generaliseret lineƦr model (GLM) i R?
A Generaliseret lineær model (GLM) udvider almindelig lineær regression, sÄ responsvariablen kan følge en anden fordeling end den normale. R, du monterer en med den indbyggede glm() funktion fra statistikpakken.
Enhver GLM er defineret af tre komponenter:
- TilfƦldig komponent: sandsynlighedsfordelingen af āāresponsvariablen, taget fra den eksponentielle familie (binomial, Poisson, Gamma, Gaussisk og andre).
- Systematisk komponent: den lineƦre prƦdiktor, det vil sige den vƦgtede kombination af dine forklarende variabler.
- Link funktion: den funktion, der forbinder middelvƦrdien af āāresponset med den lineƦre prƦdiktor, for eksempel logit-linket for binƦre data eller logaritmiske link for antal.
Det er den struktur, der gør modellen "generaliseret". I stedet for at fremtvinge et normalfordelt udfald, deklarerer man den korrekte fordeling gennem familie argumentet, og R estimerer koefficienterne ved maksimal sandsynlighed. Logistisk regression er simpelthen en GLM med en binomialfamilie og et logit-link, sÄ det er det naturlige udgangspunkt.
Hvad er logistisk regression i R?
Logistisk regression bruges til at forudsige en klasse, dvs. en sandsynlighed. Logistisk regression kan forudsige et binært resultat nøjagtigt.
Forestil dig, at du vil forudsige, om et lƄn nƦgtes/accepteres baseret pƄ mange egenskaber. Den logistiske regression er af formen 0/1. y = 0 hvis et lƄn afvises, y = 1 hvis det accepteres.
En logistisk regressionsmodel adskiller sig fra lineƦr regressionsmodel pƄ to mƄder.
- Først og fremmest accepterer den logistiske regression kun dikotomisk (binær) input som en afhængig variabel (dvs. en vektor pÄ 0 og 1).
- For det andet kortlƦgges resultatet via en probabilistisk linkfunktion kaldet sigmoid (logistisk) funktion pƄ grund af dens S-form:
Funktionens output er altid mellem 0 og 1. Tjek billede nedenfor
Sigmoid-funktionen returnerer vƦrdier fra 0 til 1. Til klassificeringsopgaven har vi brug for et diskret output pƄ 0 eller 1.
For at konvertere et kontinuerligt flow til diskret vƦrdi kan vi sƦtte en beslutningsgrƦnse til 0.5. Alle vƦrdier over denne tƦrskel er klassificeret som 1
Nu hvor linkfunktionen er klar, kan du sammenligne den generaliserede model med den almindelige lineƦre model, du allerede kender.
GLM vs. lineær regression: Nøgleforskelle i R
Før du skriver kode, er det nyttigt at vide præcis hvornÄr standarden lineær regression Funktionen lm() er ikke længere passende, og glm() bør erstatte den.
| Kriterier | LineƦr regression (lm) | Generaliseret lineƦr model (glm) |
|---|---|---|
| Responsvariabel | Kontinuerlig og ubegrƦnset | BinƦr, tƦllings-, proportions- eller positiv kontinuerlig |
| Fejlfordeling | Kun normalt | Ethvert medlem af eksponentiel familie |
| Linkfunktion | Identitet (implicit) | Eksplicit: logit, logaritmisk, invers, probit |
| Estimeringsmetode | Almindelige mindste kvadraters | Maksimal sandsynlighed (IRLS) |
| Variansantagelse | Konstant pƄ tvƦrs af observationer | Tilladt at afhƦnge af middelvƦrdien |
| MƄling af godhed af tilpasning | R-firkantet | AIC og restafvigelse |
| R funktion | lm(formel, data) | glm(formel, data, familie) |
Kort sagt, vælg lm(), nÄr resultatet er en normalfordelt mÄling, og glm(), nÄr resultatet er en ja/nej-beslutning, en opgave du ellers kunne overdrage til en beslutning træ en klassifikator, et antal hændelser eller en strengt positiv størrelse, hvis spredning vokser med dens middelværdi.
SƄdan opretter du en generaliseret lineƦr model (GLM) i R
NĆ„r teorien er afklaret, anvender resten af āādenne vejledning en binomial GLM ende-til-ende pĆ„ et reelt datasƦt.
Lad os bruge voksen DatasƦt til illustration af logistisk regression. "Voksen" er et godt datasƦt til klassifikationsopgaven. MƄlet er at forudsige, om en persons Ƅrlige indkomst i amerikanske dollars vil overstige 50,000. DatasƦttet indeholder 48,842 observationer og ti variabler:
- alder: individets alder. Numerisk
- uddannelse: Den enkeltes uddannelsesniveau. Faktor.
- Ʀgteskabelig.status: Mariden enkeltes status. Faktor dvs. aldrig gift, gift-civ-ƦgtefƦlle, ā¦
- kĆøn: Individets kĆøn. Faktor, dvs. mand eller kvinde
- indkomst: Target variabel. Indkomst over eller under 50K. Faktor dvs. >50K, <=50K
blandt andre
library(dplyr) data_adult <-read.csv("https://raw.githubusercontent.com/guru99-edu/R-Programming/master/adult.csv") glimpse(data_adult)
Output:
Observations: 48,842 Variables: 10 $ x <int> 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15,... $ age <int> 25, 38, 28, 44, 18, 34, 29, 63, 24, 55, 65, 36, 26... $ workclass <fctr> Private, Private, Local-gov, Private, ?, Private,... $ education <fctr> 11th, HS-grad, Assoc-acdm, Some-college, Some-col... $ educational.num <int> 7, 9, 12, 10, 10, 6, 9, 15, 10, 4, 9, 13, 9, 9, 9,... $ marital.status <fctr> Never-married, Married-civ-spouse, Married-civ-sp... $ race <fctr> Black, White, White, Black, White, White, Black, ... $ gender <fctr> Male, Male, Male, Male, Female, Male, Male, Male,... $ hours.per.week <int> 40, 50, 40, 40, 30, 30, 40, 32, 40, 10, 40, 40, 39... $ income <fctr> <=50K, <=50K, >50K, >50K, <=50K, <=50K, <=50K, >5...
Vi fortsætter som følger:
- Trin 1: Tjek kontinuerte variabler
- Trin 2: Tjek faktorvariabler
- Trin 3: Feature engineering
- Trin 4: Sammenfattende statistik
- Trin 5: TrƦn/testsƦt
- Trin 6: Byg modellen
- Trin 7: Vurder modellens ydeevne
- Trin 8: Forbedre modellen
Din opgave er at forudsige, hvilken person der vil have en omsƦtning pƄ mere end 50K.
I denne vejledning vil hvert trin blive detaljeret for at udføre en analyse pÄ et rigtigt datasæt.
Trin 1) Tjek kontinuerte variable
I det fĆørste trin kan du se fordelingen af āāde kontinuerte variable.
continuous <-select_if(data_adult, is.numeric) summary(continuous)
Code Forklaring
- kontinuerlig <- select_if(data_adult, is.numeric): Brug funktionen select_if() fra dplyr-biblioteket til kun at vƦlge de numeriske kolonner
- summary (kontinuerlig): Udskriv oversigtsstatistikken
Output:
## X age educational.num hours.per.week ## Min. : 1 Min. :17.00 Min. : 1.00 Min. : 1.00 ## 1st Qu.:11509 1st Qu.:28.00 1st Qu.: 9.00 1st Qu.:40.00 ## Median :23017 Median :37.00 Median :10.00 Median :40.00 ## Mean :23017 Mean :38.56 Mean :10.13 Mean :40.95 ## 3rd Qu.:34525 3rd Qu.:47.00 3rd Qu.:13.00 3rd Qu.:45.00 ## Max. :46033 Max. :90.00 Max. :16.00 Max. :99.00
Fra ovenstƄende tabel kan du se, at dataene har helt forskellige skalaer og timer.per.uger har store outliers (.dvs. se pƄ sidste kvartil og maksimumvƦrdi).
Du kan hÄndtere det ved at følge to trin:
- Afbild fordelingen af āātimer pr. uge
- Standardiser de kontinuerte variable
- Tegn fordelingen
Lad os se nƦrmere pĆ„ fordelingen af āātimer.per.uge
# Histogram with kernel density curve library(ggplot2) ggplot(continuous, aes(x = hours.per.week)) + geom_density(alpha = .2, fill = "#FF6666")
Output:
Variablen har masser af outliers og ikke veldefineret fordeling. Du kan delvist lĆøse dette problem ved at slette de Ćøverste 0.01 procent af timerne om ugen.
GrundlƦggende syntaks for kvantil:
quantile(variable, percentile) arguments: -variable: Select the variable in the data frame to compute the percentile -percentile: Can be a single value between 0 and 1 or multiple value. If multiple, use this format: `c(A,B,C, ...) - `A`,`B`,`C` and `...` are all integer from 0 to 1.
Vi beregner den 99. percentil af den ugentlige arbejdstid.
top_one_percent <- quantile(data_adult$hours.per.week, .99)
top_one_percent
Code Forklaring
- quantile(data_adult$timer.pr.uge, .99): Beregn den 99. percentil af den ugentlige arbejdstid
Output:
## 99% ## 80
99 procent af befolkningen arbejder under 80 timer om ugen.
Du kan slippe observationerne over denne tƦrskel. Du bruger filteret fra dplyr bibliotek.
data_adult_drop <-data_adult %>% filter(hours.per.week<top_one_percent) dim(data_adult_drop)
Output:
## [1] 45537 10
- Standardiser de kontinuerte variable
Du kan standardisere hver kolonne for at forbedre ydeevnen, fordi dine data ikke har samme skala. Du kan bruge funktionen mutate_if fra dplyr-biblioteket. Den grundlƦggende syntaks er:
mutate_if(df, condition, funs(function)) arguments: -`df`: Data frame used to compute the function - `condition`: Statement used. Do not use parenthesis - funs(function): Return the function to apply. Do not use parenthesis for the function
Du kan standardisere de numeriske kolonner som fĆølger:
data_adult_rescale <- data_adult_drop %>% mutate_if(is.numeric, funs(as.numeric(scale(.)))) head(data_adult_rescale)
Code Forklaring
- mutate_if(is.numeric, funs(scale)): Betingelsen er kun numerisk kolonne, og funktionen er skala
Output:
## X age workclass education educational.num ## 1 -1.732680 -1.02325949 Private 11th -1.22106443 ## 2 -1.732605 -0.03969284 Private HS-grad -0.43998868 ## 3 -1.732530 -0.79628257 Local-gov Assoc-acdm 0.73162494 ## 4 -1.732455 0.41426100 Private Some-college -0.04945081 ## 5 -1.732379 -0.34232873 Private 10th -1.61160231 ## 6 -1.732304 1.85178149 Self-emp-not-inc Prof-school 1.90323857 ## marital.status race gender hours.per.week income ## 1 Never-married Black Male -0.03995944 <=50K ## 2 Married-civ-spouse White Male 0.86863037 <=50K ## 3 Married-civ-spouse White Male -0.03995944 >50K ## 4 Married-civ-spouse Black Male -0.03995944 >50K ## 5 Never-married White Male -0.94854924 <=50K ## 6 Married-civ-spouse White Male -0.76683128 >50K
Trin 2) Tjek faktorvariabler
Dette trin har to mƄl:
- Tjek niveauet i hver kategorisk kolonne
- Definer nye niveauer
Vi vil opdele dette trin i tre dele:
- VƦlg de kategoriske kolonner
- Gem søjlediagrammet for hver kolonne pÄ en liste
- Udskriv graferne
Vi kan vƦlge faktorkolonnerne med nedenstƄende kode:
# Select categorical column factor <- data.frame(select_if(data_adult_rescale, is.factor)) ncol(factor)
Code Forklaring
- data.frame(select_if(data_adult, is.factor)): Vi gemmer faktorkolonnerne i faktor i en datarammetype. Biblioteket ggplot2 krƦver et datarammeobjekt.
Output:
## [1] 6
DatasƦttet indeholder 6 kategoriske variable
Det andet trin er mere krævende. Du skal plotte et søjlediagram for hver kolonne i dataframefaktoren. Det er mere bekvemt at automatisere processen, især i situationer med mange kolonner.
library(ggplot2) # Create graph for each column graph <- lapply(names(factor), function(x) ggplot(factor, aes(get(x))) + geom_bar() + theme(axis.text.x = element_text(angle = 90)))
Code Forklaring
- lapply(): Brug funktionen lapply() til at sende en funktion i alle kolonnerne i datasƦttet. Du gemmer outputtet pƄ en liste
- funktion(x): Funktionen vil blive behandlet for hver x. Her er x kolonnerne
- ggplot(faktor, aes(get(x))) + geom_bar()+ theme(axis.text.x = element_text(angle = 90)): Opret et søjlediagram for hvert x-element. Bemærk, for at returnere x som en kolonne, skal du inkludere det i get()
Det sidste trin er relativt nemt. Du vil udskrive de 6 grafer.
# Print the graph
graph
Output:
## [[1]]
## ## [[2]]
## ## [[3]]
## ## [[4]]
## ## [[5]]
## ## [[6]]
BemƦrk: Brug nƦste knap til at navigere til nƦste graf
Trin 3) Feature engineering
To kategoriske variabler bærer flere niveauer, end modellen behøver. Du vil omgruppere dem i bredere, bedre udfyldte kategorier.
Omarbejdet uddannelse
Af grafen ovenfor kan du se, at den variable uddannelse har 16 niveauer. Dette er betydeligt, og nogle niveauer har et relativt lavt antal observationer. Hvis du Ćønsker at forbedre mƦngden af āāinformation, du kan fĆ„ fra denne variabel, kan du omforme den til et hĆøjere niveau. Man opretter nemlig stĆørre grupper med tilsvarende uddannelsesniveau. Eksempelvis vil lavt uddannelsesniveau blive konverteret til frafald. HĆøjere uddannelsesniveauer Ʀndres til master.
Her er detaljen:
| Gammelt niveau | Nyt niveau |
|---|---|
| BĆørnehave | droppe ud |
| 10. | Droppe ud |
| 11. | Droppe ud |
| 12. | Droppe ud |
| 1.-4 | Droppe ud |
| 5th-6th | Droppe ud |
| 7th-8th | Droppe ud |
| 9. | Droppe ud |
| HS-Grad | HighGrad |
| Et eller andet universitet | FƦllesskab |
| Assoc-acdm | FƦllesskab |
| Assoc-voc | FƦllesskab |
| bachelorer | bachelorer |
| Masters | Masters |
| Prof-skole | Masters |
| Doktorgrad | PhD |
recast_data <- data_adult_rescale %>% select(-X) %>% mutate(education = factor(ifelse(education == "Preschool" | education == "10th" | education == "11th" | education == "12th" | education == "1st-4th" | education == "5th-6th" | education == "7th-8th" | education == "9th", "dropout", ifelse(education == "HS-grad", "HighGrad", ifelse(education == "Some-college" | education == "Assoc-acdm" | education == "Assoc-voc", "Community", ifelse(education == "Bachelors", "Bachelors", ifelse(education == "Masters" | education == "Prof-school", "Master", "PhD")))))))
Code Forklaring
- Vi bruger verbet mutere fra dplyr bibliotek. Vi Ʀndrer uddannelsens vƦrdier med udsagnet ifelse
I nedenstƄende tabel laver du en opsummerende statistik for i gennemsnit at se, hvor mange Ƅrs uddannelse (z-vƦrdi), der skal til for at nƄ Bachelor, Master eller PhD.
recast_data %>% group_by(education) %>% summarize(average_educ_year = mean(educational.num), count = n()) %>% arrange(average_educ_year)
Output:
## # A tibble: 6 x 3 ## education average_educ_year count ## <fctr> <dbl> <int> ## 1 dropout -1.76147258 5712 ## 2 HighGrad -0.43998868 14803 ## 3 Community 0.09561361 13407 ## 4 Bachelors 1.12216282 7720 ## 5 Master 1.60337381 3338 ## 6 PhD 2.29377644 557
Omarbejdning Marital-status
Det er ogsÄ muligt at lave lavere niveauer for civilstanden. I følgende kode ændrer du niveauet som følger:
| Gammelt niveau | Nyt niveau |
|---|---|
| Aldrig gift | Ikke gift |
| Gift-ƦgtefƦlle-fravƦrende | Ikke gift |
| Gift-AF-ƦgtefƦlle | Gift |
| Gift-civ-ƦgtefƦlle | |
| Separeret | Separeret |
| Fraskilt | |
| Enker | Enke |
# Change level marry recast_data <- recast_data %>% mutate(marital.status = factor(ifelse(marital.status == "Never-married" | marital.status == "Married-spouse-absent", "Not_married", ifelse(marital.status == "Married-AF-spouse" | marital.status == "Married-civ-spouse", "Married", ifelse(marital.status == "Separated" | marital.status == "Divorced", "Separated", "Widow")))))
Du kan kontrollere antallet af personer inden for hver gruppe.
table(recast_data$marital.status)
Output:
## ## Married Not_married Separated Widow ## 21165 15359 7727 1286
Trin 4) Sammenfattende statistik
Det er pĆ„ tide at tjekke nogle statistikker om vores mĆ„lvariabler. I grafen nedenfor tƦller du procentdelen af āāpersoner, der tjener mere end 50, givet deres kĆøn.
# Plot gender income ggplot(recast_data, aes(x = gender, fill = income)) + geom_bar(position = "fill") + theme_classic()
Output:
DernƦst skal du kontrollere, om individets oprindelse pƄvirker deres indtjening.
# Plot origin income ggplot(recast_data, aes(x = race, fill = income)) + geom_bar(position = "fill") + theme_classic() + theme(axis.text.x = element_text(angle = 90))
Output:
Antallet af arbejdstimer fordelt pÄ køn.
# box plot gender working time ggplot(recast_data, aes(x = gender, y = hours.per.week)) + geom_boxplot() + stat_summary(fun.y = mean, geom = "point", size = 3, color = "steelblue") + theme_classic()
Output:
Boksplottet bekrƦfter, at fordelingen af āāarbejdstid passer til forskellige grupper. I boksplotten har begge kĆøn ikke homogene observationer.
Du kan kontrollere tƦtheden af āāden ugentlige arbejdstid efter uddannelsestype. Fordelingerne har mange forskellige valg. Det kan sandsynligvis forklares med typen af āāulykke.traci USA.
# Plot distribution working time by education ggplot(recast_data, aes(x = hours.per.week)) + geom_density(aes(color = education), alpha = 0.5) + theme_classic()
Code Forklaring
- ggplot(recast_data, aes( x= hours.per.week)): Et tƦthedsplot krƦver kun Ʃn variabel
- geom_density(aes(color = uddannelse), alpha =0.5): Det geometriske objekt til at styre tƦtheden
Output:
For at bekræfte dine tanker kan du udføre en envejs ANOVA test:
anova <- aov(hours.per.week~education, recast_data) summary(anova)
Output:
## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F) ## education 5 1552 310.31 321.2 <2e-16 *** ## Residuals 45531 43984 0.97 ## --- ## Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
ANOVA-testen bekrƦfter forskellen i gennemsnit mellem grupperne.
Ikke-linearitet
Inden du kĆører modellen, kan du se, om antallet af arbejdstimer er relateret til alder.
library(ggplot2) ggplot(recast_data, aes(x = age, y = hours.per.week)) + geom_point(aes(color = income), size = 0.5) + stat_smooth(method = 'lm', formula = y~poly(x, 2), se = TRUE, aes(color = income)) + theme_classic()
Code Forklaring
- ggplot(recast_data, aes(x = alder, y = timer.per.uge)): Indstil grafens Ʀstetik
- geom_point(aes(farve=indkomst), stĆørrelse =0.5): Konstruer prikplottet
- stat_smooth(): TilfĆøj trendlinjen med fĆølgende argumenter:
- method='lm': Plot den tilpassede vƦrdi, hvis lineƦr regression
- formel = y~poly(x,2): Tilpas en polynomiel regression
- se = TRUE: TilfĆøj standardfejlen
- aes(farve=indkomst): Bryd modellen efter indkomst
Output:
I en nĆøddeskal kan du teste interaktionsbegreber i modellen for at opfange den ikke-linearitetseffekt mellem den ugentlige arbejdstid og andre funktioner. Det er vigtigt at opdage, under hvilke forhold arbejdstiden adskiller sig.
Korrelation
NƦste kontrol er at visualisere sammenhƦngen mellem variablerne. Du konverterer faktorniveautypen til numerisk, sƄ du kan plotte et varmekort, der indeholder korrelationskoefficienten beregnet med Spearman-metoden.
library(GGally) # Convert data to numeric corr <- data.frame(lapply(recast_data, as.integer)) # Plot the graphggcorr(corr, method = c("pairwise", "spearman"), nbreaks = 6, hjust = 0.8, label = TRUE, label_size = 3, color = "grey50")
Code Forklaring
- data.frame(lapply(recast_data,as.integer)): Konverter data til numeriske
- ggcorr() plot varmekortet med fĆølgende argumenter:
- metode: Metode til at beregne korrelationen
- nbreaks = 6: Antal pauser
- hjust = 0.8: Kontrolposition for variabelnavnet i plottet
- label = TRUE: TilfĆøj labels i midten af āāvinduerne
- label_size = 3: StĆørrelsesetiketter
- farve = "grƄ50"): Farve pƄ etiketten
Output:
Trin 5) TrƦn/testsƦt
Enhver overvƄget machine learning Opgaven krƦver, at du opdeler dataene mellem et togsƦt og et testsƦt. Du kan bruge den "funktion", du oprettede i de andre superviserede lƦringsvejledninger, til at oprette et tog-/testsƦt.
set.seed(1234) create_train_test <- function(data, size = 0.8, train = TRUE) { n_row = nrow(data) total_row = size * n_row train_sample <- 1: total_row if (train == TRUE) { return (data[train_sample, ]) } else { return (data[-train_sample, ]) } } data_train <- create_train_test(recast_data, 0.8, train = TRUE) data_test <- create_train_test(recast_data, 0.8, train = FALSE) dim(data_train)
Output:
## [1] 36429 9
dim(data_test)
Output:
## [1] 9108 9
Trin 6) Byg modellen
For at se, hvordan algoritmen prƦsterer, bruger du glm()-funktionen fra stats-pakken. Generaliseret lineƦr model er en samling af modeller. Den grundlƦggende syntaks er:
glm(formula, data=data, family=linkfunction() Argument: - formula: Equation used to fit the model- data: dataset used - Family: - binomial: (link = "logit") - gaussian: (link = "identity") - Gamma: (link = "inverse") - inverse.gaussian: (link = "1/mu^2") - poisson: (link = "log") - quasi: (link = "identity", variance = "constant") - quasibinomial: (link = "logit") - quasipoisson: (link = "log")
Du er klar til at estimere den logistiske model for at opdele indkomstniveauet mellem et sƦt funktioner.
formula <- income~. logit <- glm(formula, data = data_train, family = 'binomial') summary(logit)
Code Forklaring
- formel <- indkomst ~ .: Opret modellen, sƄ den passer
- logit <- glm(formel, data = data_train, family = 'binomial'): Tilpas en logistisk model (family = 'binomial') med data_train-dataene.
- summary(logit): Udskriv resumƩet af modellen
Output:
## ## Call: ## glm(formula = formula, family = "binomial", data = data_train) ## ## Deviance Residuals: ## Min 1Q Median 3Q Max ## -2.6456 -0.5858 -0.2609 -0.0651 3.1982 ## ## Coefficients: ## Estimate Std. Error z value Pr(>|z|) ## (Intercept) 0.07882 0.21726 0.363 0.71675 ## age 0.41119 0.01857 22.146 < 2e-16 *** ## workclassLocal-gov -0.64018 0.09396 -6.813 9.54e-12 *** ## workclassPrivate -0.53542 0.07886 -6.789 1.13e-11 *** ## workclassSelf-emp-inc -0.07733 0.10350 -0.747 0.45499 ## workclassSelf-emp-not-inc -1.09052 0.09140 -11.931 < 2e-16 *** ## workclassState-gov -0.80562 0.10617 -7.588 3.25e-14 *** ## workclassWithout-pay -1.09765 0.86787 -1.265 0.20596 ## educationCommunity -0.44436 0.08267 -5.375 7.66e-08 *** ## educationHighGrad -0.67613 0.11827 -5.717 1.08e-08 *** ## educationMaster 0.35651 0.06780 5.258 1.46e-07 *** ## educationPhD 0.46995 0.15772 2.980 0.00289 ** ## educationdropout -1.04974 0.21280 -4.933 8.10e-07 *** ## educational.num 0.56908 0.07063 8.057 7.84e-16 *** ## marital.statusNot_married -2.50346 0.05113 -48.966 < 2e-16 *** ## marital.statusSeparated -2.16177 0.05425 -39.846 < 2e-16 *** ## marital.statusWidow -2.22707 0.12522 -17.785 < 2e-16 *** ## raceAsian-Pac-Islander 0.08359 0.20344 0.411 0.68117 ## raceBlack 0.07188 0.19330 0.372 0.71001 ## raceOther 0.01370 0.27695 0.049 0.96054 ## raceWhite 0.34830 0.18441 1.889 0.05894 . ## genderMale 0.08596 0.04289 2.004 0.04506 * ## hours.per.week 0.41942 0.01748 23.998 < 2e-16 *** ## ---## Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1 ## ## (Dispersion parameter for binomial family taken to be 1) ## ## Null deviance: 40601 on 36428 degrees of freedom ## Residual deviance: 27041 on 36406 degrees of freedom ## AIC: 27087 ## ## Number of Fisher Scoring iterations: 6
Sammenfatningen af āāvores model afslĆører interessante oplysninger. Ydeevnen af āāen logistisk regression evalueres med specifikke nĆøglemĆ„linger.
- AIC (Akaike Information Criteria): Dette svarer til R2 i logistisk regression. Den mƄler pasformen, nƄr der pƄlƦgges en straf pƄ antallet af parametre. Mindre AIC vƦrdier indikerer, at modellen er tƦttere pƄ sandheden.
- Nul afvigelse: Passer kun til modellen med intercept. Frihedsgraden er n-1. Vi kan fortolke det som en chi-kvadratvƦrdi (fitted vƦrdi forskellig fra den faktiske vƦrdi hypotesetest).
- Residual Deviance: Model med alle variablerne. Det tolkes ogsƄ som en chi-kvadrat hypotesetestning.
- Antal Fisher Scoring iterationer: Antal iterationer fĆør konvergering.
Outputtet af glm()-funktionen er gemt i en liste. Koden nedenfor viser alle de tilgƦngelige elementer i den logit-variabel, vi konstruerede for at evaluere den logistiske regression.
# Listen er meget lang, udskriv kun de tre fĆørste elementer
lapply(logit, class)[1:3]
Output:
## $coefficients ## [1] "numeric" ## ## $residuals ## [1] "numeric" ## ## $fitted.values ## [1] "numeric"
Hver vƦrdi kan vƦre f.eks.tracmed $-tegnet efterfulgt af navnet pƄ metrikkene. For eksempel gemte du modellen som logit. For at f.eks.tracI henhold til AIC-kriterierne bruger du:
logit$aic
Output:
## [1] 27086.65
Trin 7) Vurder modellens ydeevne
Forvirringsmatrix
forvirringsmatrix er et bedre valg til at evaluere klassificeringsydelsen sammenlignet med de forskellige metrics, du sÄ før. Den generelle idé er at tælle antallet af gange, hvor sande tilfælde klassificeres er falske.
For at beregne forvirringsmatricen skal du først have et sæt forudsigelser, sÄ de kan sammenlignes med de faktiske mÄl.
predict <- predict(logit, data_test, type = 'response') # confusion matrix table_mat <- table(data_test$income, predict > 0.5) table_mat
Code Forklaring
- predict(logit,data_test, type = 'respons'): Beregn forudsigelsen pƄ testsƦttet. SƦt type = 'respons' for at beregne svarsandsynligheden.
- tabel(data_test$indkomst, forudsig > 0.5): Beregn forvirringsmatricen. forudsige > 0.5 betyder, at det returnerer 1, hvis de forudsagte sandsynligheder er over 0.5, ellers 0.
Output:
## ## FALSE TRUE ## <=50K 6310 495 ## >50K 1074 1229
Hver række i en forvirringsmatrix repræsenterer et faktisk mÄl, mens hver kolonne repræsenterer et forudsagt mÄl. Den første række i denne matrix betragter indkomsten lavere end 50 (den negative klasse): 6,310 observationer blev korrekt klassificeret som individer med en indkomst lavere end 50 (Sand negativ), mens 495 fejlagtigt blev klassificeret som over 50 (Falsk positivDen anden række omfatter indkomst over 50: 1,229 blev korrekt identificeret (Rigtig positiv), mens 1,074 blev overset (Falsk negativ).
Du kan beregne modellen nĆøjagtighed ved at summere det sande positive + det sande negative over den samlede observation
accuracy_Test <- sum(diag(table_mat)) / sum(table_mat) accuracy_Test
Code Forklaring
- sum(diag(table_mat)): Summen af āādiagonalen
- sum(tabel_mat): Summen af āāmatricen.
Output:
## [1] 0.8277339
Modellen ser ud til at lide af ét problem: den producerer for mange falske negative resultater. Dette kaldes nøjagtighedstest paradoksVi har angivet, at nøjagtigheden er forholdet mellem korrekte forudsigelser og det samlede antal tilfælde. Vi kan have en relativt høj nøjagtighed, men en ubrugelig model. Det sker, nÄr der er en dominerende klasse. Hvis man ser tilbage pÄ forvirringsmatricen, kan man se, at de fleste tilfælde er klassificeret som sandt negative. Forestil dig nu, at modellen klassificerer alle observationer som negative (dvs. lavere end 50). Du ville stadig opnÄ en nøjagtighed pÄ omkring 75 procent (6,805 / 9,108). Din model klarer sig bedre, men har svært ved at skelne mellem det sande positive og det sande negative.
I en sƄdan situation er det at foretrƦkke at have en mere kortfattet metrisk. Vi kan se pƄ:
- PrƦcision=TP/(TP+FP)
- Recall=TP/(TP+FN)
PrƦcision vs Recall
Precision ser pĆ„ nĆøjagtigheden af āāden positive forudsigelse. Recall er forholdet mellem positive tilfƦlde, der detekteres korrekt af klassificeringsorganet;
Du kan konstruere to funktioner til at beregne disse to metrikker
- Konstruer prƦcision
precision <- function(matrix) { # True positive tp <- matrix[2, 2] # false positive fp <- matrix[1, 2] return (tp / (tp + fp)) }
Code Forklaring
- mat[1,1]: Returner den fĆørste celle i den fĆørste kolonne i datarammen, dvs. den sande positive
- mÄtte[1,2]; Returner den første celle i den anden kolonne i datarammen, dvs. den falske positive
recall <- function(matrix) { # true positive tp <- matrix[2, 2]# false positive fn <- matrix[2, 1] return (tp / (tp + fn)) }
Code Forklaring
- mat[1,1]: Returner den fĆørste celle i den fĆørste kolonne i datarammen, dvs. den sande positive
- mÄtte[2,1]; Returner den anden celle i den første kolonne i datarammen, dvs. det falske negativ
Du kan teste dine funktioner
prec <- precision(table_mat) prec rec <- recall(table_mat) rec
Output:
## [1] 0.712877 ## [2] 0.5336518
LƦs disse to tal omhyggeligt. PrƦcisionen er 0.71, sƄ nƄr modellen siger, at en person tjener over 50, er den korrekt i 71 procent af tilfƦldene. Recall er 0.53, sƄ modellen registrerer kun 53 procent af de personer, der rent faktisk tjener over 50.
Du kan oprette score baseret pƄ prƦcision og genkaldelse. Det
er et harmonisk gennemsnit af disse to metrikker, hvilket betyder, at det giver større vægt til de lavere værdier.
f1 <- 2 * ((prec * rec) / (prec + rec)) f1
Output:
## [1] 0.6103799
Afvejning mellem prƦcision og tilbagekaldelse
Det er umuligt at have bÄde en høj præcision og høj genkaldelse.
Hvis vi øger præcisionen, vil det korrekte individ blive bedre forudsagt, men vi ville savne mange af dem (lavere tilbagekaldelse). I nogle situationer foretrækker vi højere præcision end tilbagekaldelse. Der er et konkavt forhold mellem præcision og genkaldelse.
- Forestil dig, du skal forudsige, om en patient har en sygdom. Du vil gerne vƦre sƄ prƦcis som muligt.
- Hvis du har brug for at opdage potentielle svigagtige personer pÄ gaden gennem ansigtsgenkendelse, ville det være bedre at fange mange mennesker, der er stemplet som svigagtige, selvom præcisionen er lav. Politiet vil være i stand til at løslade den ikke-bedrageriske person.
ROC-kurven
Modtager Operating Karakteristisk kurve er et andet almindeligt værktøj, der bruges med binær klassificering. Den minder meget om præcision/genkaldelseskurven, men i stedet for at plotte præcision versus genkald, viser ROC-kurven den sande positive rate (dvs. genkaldelse) mod den falske positive rate. Den falske positive rate er forholdet mellem negative tilfælde, der er forkert klassificeret som positive. Det er lig med én minus den sande negative kurs. Den sande negative sats kaldes ogsÄ specificitet. Derfor plotter ROC-kurven følsomhed (tilbagekaldelse) versus 1-specificitet
For at plotte ROC-kurven skal vi installere en pakke kaldet ROCR. Vi kan finde i condaen bibliotek. Du kan indtaste koden:
conda install -c r r-rocr --yes
Vi kan plotte ROC'en med funktionerne forudsigelse() og ydeevne().
library(ROCR) ROCRpred <- prediction(predict, data_test$income) ROCRperf <- performance(ROCRpred, 'tpr', 'fpr') plot(ROCRperf, colorize = TRUE, text.adj = c(-0.2, 1.7))
Code Forklaring
- forudsigelse(forudsig, data_test$indkomst): ROCR-biblioteket skal oprette et forudsigelsesobjekt for at transformere inputdataene
- performance(ROCRpred, 'tpr','fpr'): Returner de to kombinationer, der skal produceres i grafen. Her er tpr og fpr konstrueret. For at plotte prƦcision og genkalde sammen, brug "prec", "rec".
Output:
Trin 8) Forbedre modellen
Du kan prĆøve at tilfĆøje ikke-linearitet til modellen med interaktionen mellem
- alder og timer.om ugen
- kĆøn og timer.om ugen.
Derefter sammenligner du F1-scoren for begge modeller.
formula_2 <- income~age: hours.per.week + gender: hours.per.week + . logit_2 <- glm(formula_2, data = data_train, family = 'binomial') predict_2 <- predict(logit_2, data_test, type = 'response') table_mat_2 <- table(data_test$income, predict_2 > 0.5) precision_2 <- precision(table_mat_2) recall_2 <- recall(table_mat_2) f1_2 <- 2 * ((precision_2 * recall_2) / (precision_2 + recall_2)) f1_2
Output:
## [1] 0.6109181
F1-scoren er en smule højere end den forrige. Du kan fortsætte med at arbejde med dataene og forsøge at slÄ scoren.
SƄdan fortolkes GLM-koefficienter og oddsforhold i R
Oversigtstabellen, der er udskrevet i trin 6, rapporterer koefficienter pƄ log-odds skala, hvilket er vanskeligt at forklare for et ikke-teknisk publikum. Ved at konvertere dem til odds ratioer bliver modellen langt nemmere at kommunikere.
FĆølg disse fire trin.
- Eksponentier koefficienterne. Anvend exp() pƄ hvert estimat, sƄ log-odds bliver multiplikative oddsforhold.
- Tilføj et konfidensinterval. Pak confint() ind i exp() for at opnÄ 95-procentsintervallet pÄ den samme oddsskala.
- Sammenlign hver værdi med 1. En odds ratio over 1 øger sandsynligheden for den positive klasse, en værdi under 1 mindsker den, og en værdi tæt pÄ 1 betyder, at prædiktoren tilføjer lidt.
- Tjek statistisk signifikans. Fortolk kun prƦdiktorer, hvis p-vƦrdi i opsummeringsoutputtet er under din valgte tƦrskel, typisk 0.05.
# Convert log-odds coefficients into odds ratios odds_ratio <- exp(coef(logit)) round(odds_ratio, 3) # Odds ratios with 95% confidence intervals exp(cbind(OddsRatio = coef(logit), confint(logit)))
LƦser outputtet. Koefficienten for timer pr. uge i vores model er 0.41942. Eksponentiering giver exp(0.41942) = 1.52, hvilket betyder, at en stigning pƄ Ʃn standardafvigelse i ugentlige arbejdstimer ganger oddsene for at tjene over 50 med omtrent 1.5, idet alle andre variabler holdes konstante.
Negative koefficienter fungerer pƄ samme mƄde. marital.statusNot_married er -2.50346, sƄ exp(-2.50346) = 0.08: ugifte personer har omkring 8 procent af oddsene for en gift person. Fordi de kontinuerlige prƦdiktorer blev standardiseret i trin 1, skal Ʀndringer i standardafvigelsesenheder beskrives, ikke rƄ timer.
BemƦrkning til andre familier: Eksponentierede koefficienter er kun oddsforhold under binomialfamilien med et logit-link. Med family = "poisson" og et logaritmisk link lƦses de samme exp()-vƦrdier i stedet som rateforhold.
GLM i R: Hurtig funktionsreference
Hav denne tabel ved siden af āādig, mens du koder. Den viser alle funktioner, der bruges i de otte trin ovenfor, sammen med den pakke, der leverer den, og de argumenter, den forventer.
| Pakke | Objektiv | Funktion | Argument |
|---|---|---|---|
| - | Opret tog-/testdatasæt | create_train_set() | data, størrelse, tog |
| GLM | TrƦn en generaliseret lineƦr model | glm() | formel, data, familie* |
| GLM | Opsummer modellen | ResumƩ() | monteret model |
| bund | Lav forudsigelse | forudsige() | tilpasset model, datasƦt, type = 'svar' |
| bund | Lav en forvirringsmatrix | bord() | y, forudsige() |
| bund | Opret nĆøjagtighedsscore | sum(diag(tabel())/sum(tabel() | |
| ROCR | Opret ROC: Trin 1 Opret forudsigelse | forudsigelse() | forudsige(), y |
| ROCR | Opret ROC: Trin 2 Opret ydeevne | ydeevne() | forudsigelse(), 'tpr', 'fpr' |
| ROCR | Opret ROC: Trin 3 Plot graf | grund() | ydeevne() |
Den anden GLM familier tilgƦngelige gennem familieargumentet er:
- binomial: (link = ālogitā)
- gaussisk: (link = "identitet")
- Gamma: (link = āinversā)
- invers.gaussisk: (link = ā1/mu^2ā)
- poisson: (link = ālogā)
- kvasi: (link = "identitet", varians = "konstant")
- kvasibinomial: (link = ālogitā)
- quasipoisson: (link = ālogā)





















