Pipeline和FeatureUnion

注：本文是人工智能研究网的学习笔记

Pipeline：chaining（链接）estimators

Pipeline可以用于把多个estimators级联合成一个estimator。这么做的原因是考虑了数据处理过程的一系列前后相继的固定流程，比如：feature selection --> normalization --> classification。

在这里，Pipeline提供了两种服务：

1. Convenience: 你只需要一次fit和predict就可以在数据集上训练一组estimators。
2. Join parameter selection： 可以把grid search用在pipeline中所有的estimators的参数组合上面。

注意： pineline中除了最后一个之外的所有的estimators都必须是变换器（transformers）（也就是说必须要有一个transform方法）。最后一个estimator可以是任意的类型（transformer, classifier, regresser, etc）。

调用pipeline estimator的fit方法，就等于是轮流调用每一个estimator的fit函数一样，不断地变换输入，然后把结果传递到下一个阶段（step）的estimator。Pipeine对象实例拥有最后一个estimator的所有的方法。也就是说，如果最后一个estimator是一个分类器，则整个pipeline就可以作为一个分类器使用，如果最后一个eatimator是一个聚类器，则整个pipeline就可以作为一个聚类器使用。

Pipeline用法：

Pipeline对象使用（key, value）列表来构建，其中key是一个标识步骤的名称字符串，值是一个estimator对象：

from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.svm import SVC
from sklearn.decomposition import PCA  # 主成分分析

estimators = [('reduce_dim', PCA()), ('clf', SVC()) ]
pipe = Pipeline(estimators)
print(pipe)
print('-----------')
print(pipe.steps)
print('-----------')
print(pipe.named_steps['clf'])

Pipeline中estimators的参数通过__语法来获取

pipe.set_params(clf__C=10)

上面的方式在网格搜索中尤其好用

from sklearn.model_selection import GridSearchCV
params = dict(reduce_dim__n_components=[2, 5, 10],
              clf__C=[0.1, 10, 100])
grid_search = GridSearchCV(pipe, param_grid=params)

单个的阶段（Step）可以使用参数替换，而且非最后阶段（non-final steps）还可以将其设置为None来忽略。

from sklearn.linear_model import LogisticRegression
params = dict(reduce_dim=[None, PCA(5), PCV(10)],
              clf=[SVC(), LogisticRegression()],
              clf__C=[0.1, 10, 100])
grid_search = GridSearchCV(pipe, param_grid=params)

函数make_pipeline是一个构造pipeline的简短的工具，它可以接受可变数量的estimators并且返回一个pipeline，每个estimator的名称是自动填充的，他不需要指定name。

from sklearn.pipeline import make_pipeline
from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB
from sklearn.preprocessing import Binarizer

make_pipeline(Binarizer(), MultinomialNB())

FeatureUnion: composite(组合)feature spaces

FeatureUnion把若干个transformer object组合成一个新的estimators。这个新的transformer组合了他们的输出，一个FeatureUnion对象接受一个transformer对象列表。

在训练阶段，每一个transformer都在数据集上独立的训练。在数据变换阶段，多有的训练好的Trandformer可以并行的执行。他们输出的样本特征向量被以end-to-end的方式拼接成为一个更大的特征向量。

在这里，FeatureUnion提供了两种服务：

1. Convenience： 你只需要调用一次fit和transform就可以在数据集上训练一组estimators。
2. Joint parameter selection： 可以把grid search用在FeatureUnion中所有的estimators的参数这上面。

FeatureUnion和Pipeline可以组合使用来创建更加复杂的模型。

注意：FeatureUnion无法检查两个transformers是否产生了相同的特征输出，它仅仅产生了一个原来互相分离的特征向量的集合。确保其产生不一样的特征输出是调用者的事情。

用法：

FeatureUnion对象实例使用（key， value）构成的list来构造，key是你自己起的transformation的名称，value是一个estimator对象。

from sklearn.pipeline import FeatureUnion
from sklearn.decomposition import PCA
from sklearn.decomposition import KernelPCA
estimators = [('linear_pca', PCA()), ('kernel_pca', KernelPCA())]
combined = FeatureUnion(estimators)
combined

与pipeline类似，feature unions也有一个比较简单地构造方法make_union，不需要显式的给出name。