Coding Diary.

선형 회귀를 사용해서 내용 기반 추천을 해 봅시다. 가장 먼저 선형 회귀에서는 데이터를 수학적으로 어떻게 표현하는지 봅시다. 먼저 아래 데이터를 실제로 사용할 떄는 영화 이름이나 속성 이름을 쓰지 않았는데, 구별을 하기 위해 몇 번째 데이터와 속성인지를 자연수로 표시해보겠습니다. 가장 기본적으로 입력 변수들, 위의 경우 영화 속성들은 x라는 문자로 나타내고, 목표 변수, 즉 유저 평점은 y라는 문자로 나타냅니다. 1. 입력 변수 각 영화에서 속성은 액션, 로맨스, 코미디, 감동 총 4개 입니다. 첫 번째 입력 변수인 액션 정도를 나타내기 위해 x_1, 로맨스 정도를 나타내기 위해 x_2, 나머지도 마찬가지로 x_3, x_4로 나타냅니다. 입력 변수의 개수는 n이라는 문자로 표현하는데 지금은 총 4개의 입..

1. 데이터 셋 저번 글에서 사용한 데이터에다가 중요도라는 열을 추가하겠습니다. 에다 부스트는 전에 있는 스텀프들이 틀리게 예측한 데이터들을 조금 더 잘 맞추려고 하는 알고리즘입니다. 그렇기 때문에 스텀프를 만들 때 전에 예측에 실패했던 데이터들을 조금 더 중요하게 취급을 해야 합니다. 이걸 수치화하고 보기 편하게 열로 추가시켜주는 것입니다. 처음에는 틀리게 예측한 데이터가 없으니까 모든 데이터의 중요도를 같게 설정합니다. 7개의 데이터가 있으니까 각각 1/7씩 입니다. 중요도의 합은 항상 1로 유지시켜 줍니다. 2. 첫 스텀프 만들기 첫 스텀프는 전에 만든 스텀프가 없기 때문에 결정 트리를 만들 때랑 똑같이 root 노드를 고릅니다. 일단 각 질문들의 지니 불순도를 계산합니다. 지니 불순도가 가장 낮은..

1. 스텀프 랜덤 포레스트를 만들 때와 똑같이 에다 부스트에서도 수많은 결정 트리들을 만듭니다. 랜덤 포레스트에서 만드는 트리들은 깊이가 조금 있었는데 에다부스트에서는 깊은 결정 트리들이 아니라 root 노드 하나와 분류 노드 두 개를 갖는 얕은 결정 트리를 만듭니다. 예를 들면 교통사고 데이터를 분류하고 싶다고 합시다. 뿌리 노드의 질문이 속도가 80km를 넘었는지 안 넘었는지, 그리고 넘었으면 사망, 넘지 않았으면 생존 이렇게 예측하는 단순한 트리인 입니다. 이런식으로 하나의 ㅈ리문과 그 질문에 대한 답으로 바로 예측을 하는 결정 트리를 나무의 그루터기를 의미하는 스텀프라고 합니다. 이런 식으로 스텀프를 만들게 되면 성능은 주로 50%보다 조금 나은 성능을 갖게 됩니다. Boosting 기법은 성능이..

랜덤 포레스트는 수많은 트리들을 임의로 만들고, 이 모델들의 결과를 다수결 투표로 종합해서 예측하는 모델입니다. 트리를 많이, 임의로 만들기 때문에 랜덤 포레스트라는 이름을 갖습니다. 랜덤 포레스트에서 임의성을 더하는 요소는 두가지가 있습니다. 그 중 Bootstrapping에 대해 알아보겠습니다. 1. Bootstrapping bootstrapping은 갖고 있는 데이터 셋을 이용해서 조금 다른 데이터 셋을 만들어내는 방법입니다. 예를 들어 독감 환자 데이터를 사용한다고 해봅시다. 총 다섯 개의 열이 있는데 고열, 기침, 몸살, 콧물, 그리고 환자가 독감인지 아닌지에 대한 데이터가 있습니다. 이 데이터 셋을 이용해서 좀 다른 데이터 셋을 만들어야 합니다. 방법은 간단합니다. 그냥 원래 있던 데이터 셋에..

결정 트리는 수많은 머신 러닝 알고리즘들 중 가장 직관적인 것들 중 하나입니다. 결정 트리의 장점은 쉽게 해석할 수 있다는 것입니다. 머신 러닝 모델을 해석한다는 건, 예측을 하는 데 있어서 어떤 속성들이 좀 더 중요하게 사용됐고, 어떤 것들이 좀 덜 중요하게 사용됐는지 알아낸다는 것입니다. 예를 들어서 독감 데이터에서 열, 기침, 몸살 이 속성들 중 어떤 것이 독감을 예측하는 데 가장 영향력이 크고, 어떤 것이 덜 중요하게 사용됐는지 알수 있다는 것입니다. 만들어 놓은 트리를 이용해서 각 속성들의 중요도, feature importance를 계산하는 방법에 대해서 알아보겠습니다. 1. 노드 중요도 (Node Importance) 속성들의 중요도를 계산하기 위해서는 먼저 각 노드 하나하나의 중요도, no..

1. 지니 불순도 머신 러닝 프로그램이 결정 트리를 만들 때는 과제처럼 내용이 정해져 있는 내용으로 만드는 게 아니라 경험을 통해 직접 정해나가야 합니다. 데이터를 분류해 보면서, 각 위치에서 어떤 노드가 제일 좋을지 고르는 것입니다. 선형 회귀 알고리즘의 목적이 학습 데이터를 가장 잘 나타낼 수 있는 일차식을 찾는 거였습니다. 결정 트리의 목적은 학습 데이터를 직접 분류해보면서, 데이터들을 가장 잘 분류할 수 있는 노드들을 찾아내는 것입니다. 이걸 하려면 어떻게 분류하거나 질문을 하는게 좋고 안좋은지에 대한 기분, 즉 손실함수 같은 개념이 필요합니다. 결정 트리에서는 이것을 지니 불순도(gini impurity)를 통해서 합니다. 아래의 예시와 같이 독감 데이터를 추상화해보겠습니다. 파란색은 독감인 데..

1. 결정 트리 결정 트리는 예/아니오로 답할 수 있는 어떤 질문들이 있고, 그 질문들의 답을 따라가면서 데이터를 분류하는 알고리즘입니다. 교통사고가 났을 때, 운전자의 생존 여부를 예측하고 싶다고 합시다. 결정 트리는 질문들과 답으로 이루어졌습니다. 여기서 가장 위에 '안전벨트를 했나요?' 이 질문에서 안전벨트를 했으면 여기 왼쪽으로 내려와서 생존, 안했으면 오늘쪽으로 내려와서 사망, 이런 식으로 분류하는 것입니다. 질문에 해당하는 내용이 초록색, 그리고 분류에 해당하는 내용을 보라색이라고 합시다. 지금은 안전벨트의 여부를 물었는데 데이터가 주행 속도, 즉 특정 숫자 값이라면 주행 속오가 시속 100km를 넘었나요? 와 같은 질문을 할 수 있습니다. 이때도 똑같이 예측하려는 데이터에 대한 질문의 답에 ..

1. 하이퍼 파라미터 (Hyperparameter) 많은 머신 러닝 알고리즘은 학습을 하기 전에 미리 정해 주어야 하는 변수 또는 파라미터들이 있습니다. Losso회귀에 대해 생각해봅시다. Lasso는 L1 정규화를 해주는 회귀 모델 입니다. scikit-learn에서 Lasso 모델을 만들 때 alpha와 max_iter 라는 옵셔널 파라미터를 지정해 줬습니다. model = Lasso(alpha=0.001, max_iter=1000) alpha는 손실 함수의 정규화 항에 곱해지는 상수를 뜻하는데 보통은 그리스 문자 람다를 씁니다. 그리고 max_iter 는 경사 하강을 최대한 몇 번 할지를 정하는 값입니다. 이 두값은 모델이 직접 학습해서 배우는게 아니라 모델을 만드는 사람이 정해줘야 합니다. 이처럼..

저번 글에서 설명하였듯이 복잡한 모델을 그대로 학습시키면 '과적합'이 됩니다. '정규화'라는 기법은 학습 과정에서 모델이 과적합되는 것을 예방해 줍니다. 1. 정규화 위와 같은 학습 데이터를 이용해서 다항 회귀를 하는 경우를 생각해봅시다. 모델이 과적합돼서 아래와 같은 복잡한 다항 함수가 나왔다고 해봅시다. 과적합된 함수는 보통 위아래로 엄청 왔다갔다 하는 특징이 있습니다. 많은 굴곡을 이용해서 함수가 training 데이터를 최대한 많이 통과하도록 하는 것입니다. 함수가 이렇게 급격하게 변화한다는 것은 함수의 계수, 즉 가설함수의 세타 값들이 굉장히 크다는 뜻입니다. 정규화는 모델을 학습시킬 때 세타 값들이 너무 커지는 것을 방지해 줍니다. 세타 값들이 너무 커지는 걸 방지하면 training 데이터에..

머신 러닝 모델이 정확한 예측을 못하는 경우가 많습니다. 이런 문제를 어떻게 해결하는지 알아보겠습니다. 1. 편향 사람의 키를 이용해서 몸무게를 예측하고 싶다고 해봅시다. 선형 회귀를 사용해서 training 데이터에서 위와 같은 관계라고 해봅시다. 위의 선이 과연 몸무게와 키의 관계를 잘 표현하고 있을까요? 뒤의 데이터를 살펴보면 어느 정도까지는 키가 늘어날 때 몸무게가 같이 늘어나지만, 일정 키 부터는 몸무게가 잘 안 늘어납니다. 따라서 아래와 같은 곡선이 데이터를 더 정확하게 표현합니다. 처음에 본 직선 모델의 문제는 모델이 너무 간단해서 아무리 학습을 해도 위와 같은 곡선 관계를 나타내지 못한다는 것입니다. 모델에 한계가 있는 것입니다. 모델이 너무 간단해서 데이터의 관계를 잘 학습하지 못하는 경..