Python多项式拟合阶数选择:基于RMSE与R²的自动评估

林见深
林见深
发布时间:2026-10-13 | 5人浏览过
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本文介绍如何利用Python的sklearn库,通过遍历1至10阶多项式拟合,对比均方误差(RMSE)与R²评分来确定最佳模型阶数。示例展示了当Y与X存在明确多项式关系时,高阶拟合的表现,以及数据噪声对阶数判断的影响,强调RMSE最小且R²接近1为优选标准。

通过计算1至10阶多项式拟合的均方误差(RMSE)及R²评分,可以对比不同阶数的表现,从而确定最优的“最大阶数”。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
from sklearn.linear_model import LinearRegression,Perceptron
from sklearn.metrics import mean_squared_error,r2_score
from sklearn.model_selection import train_test_split
 
X = np.array([-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]).reshape(-1, 1)
y = np.array(2*(X**4) + X**2 + 9*X + 2)
#y = np.array([300,500,0,-10,0,20,200,300,1000,800,4000,5000,10000,9000,22000]).reshape(-1, 1)
 
x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3)
rmses = []
degrees = np.arange(1, 10)
min_rmse, min_deg,score = 1e10, 0 ,0
 
for deg in degrees:
	# 生成多项式特征集(如根据degree=3 ,生成 [[x,x**2,x**3]] )
	poly = PolynomialFeatures(degree=deg, include_bias=False)
	x_train_poly = poly.fit_transform(x_train)
 
	# 多项式拟合
	poly_reg = LinearRegression()
	poly_reg.fit(x_train_poly, y_train)
	#print(poly_reg.coef_,poly_reg.intercept_) #系数及常数
	
	# 测试集比较
	x_test_poly = poly.fit_transform(x_test)
	y_test_pred = poly_reg.predict(x_test_poly)
	
	#mean_squared_error(y_true, y_pred) #均方误差回归损失,越小越好。
	poly_rmse = np.sqrt(mean_squared_error(y_test, y_test_pred))
	rmses.append(poly_rmse)
	# r2 范围[0,1],R2越接近1拟合越好。
	r2score = r2_score(y_test, y_test_pred)
	
	# degree交叉验证
	if min_rmse > poly_rmse:
		min_rmse = poly_rmse
		min_deg = deg
		score = r2score
	print('degree = %s, RMSE = %.2f ,r2_score = %.2f' % (deg, poly_rmse,r2score))
		
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
ax.plot(degrees, rmses)
ax.set_yscale('log')
ax.set_xlabel('Degree')
ax.set_ylabel('RMSE')
ax.set_title('Best degree = %s, RMSE = %.2f, r2_score = %.2f' %(min_deg, min_rmse,score)) 
plt.show()

在示例中,因变量 Y = 2*(X**4) + X**2 + 9*X + 2,自变量和因变量遵循完整的公式关系。从结果图可以看出,当 degree >=4 时拟合效果均符合预期,且拟合函数正确。判断模型优劣的标准是:RMSE 最小,且 R² 非负并尽可能接近于1。

如果将 Y 值修改为如下数据:

y = np.array([300,500,0,-10,0,20,200,300,1000,800,4000,5000,10000,9000,22000]).reshape(-1, 1)

此时 degree=3 是最佳选择,且其 R² 最接近于1(注意:如果 R² 为负数,则说明模型不准确,需重新测试。由于样本数据较少,也可能导致判断出现偏差)。

以上这篇Python 确定多项式拟合/回归的阶数实例就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持本站。

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