机器学习模型评估中的常见陷阱:变量误用导致指标结果一致性问题解析

DDD
发布: 2025-10-26 10:26:01
原创
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机器学习模型评估中的常见陷阱:变量误用导致指标结果一致性问题解析

在机器学习模型开发中,不同模型却产生完全相同的性能指标结果,这往往是由于代码中的细微错误所致。本文将深入分析一个典型的案例,揭示在模型评估阶段因变量引用不当而导致指标计算错误的问题,并提供正确的代码实现与最佳实践,帮助开发者避免此类陷阱,确保模型评估的准确性。

1. 机器学习项目初始化与数据准备

一个典型的机器学习项目从导入必要的库、加载数据、进行预处理,并最终划分数据集为训练集和测试集开始。以下是本教程中使用的初始化步骤。

1.1 导入必要的库

首先,导入所有将在项目中使用的Python库,包括数据处理、特征工程、模型构建和评估工具

import pandas as pd
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
from sklearn.model_selection import train_test_split
from nltk.corpus import stopwords
from sklearn.metrics import accuracy_score, f1_score, classification_report
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.svm import SVC
from sklearn.naive_bayes import GaussianNB
from sklearn.preprocessing import LabelEncoder
import joblib
import tensorflow as tf
import numpy as np
from tensorflow.keras import models, layers
import warnings

warnings.filterwarnings('ignore') # 忽略警告信息,保持输出简洁
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1.2 加载与初步处理数据集

本教程使用一个名为payload_mini.csv的数据集,其中包含文本payload和对应的label。我们首先加载数据,并根据attack_type字段筛选出sqli(SQL注入)攻击和norm(正常)流量的数据。

# 加载数据集,指定编码格式
df = pd.read_csv("payload_mini.csv", encoding='utf-16')

# 筛选出感兴趣的攻击类型和正常流量
df = df[(df['attack_type'] == 'sqli') | (df['attack_type'] == 'norm')]

# 划分特征X和目标Y
X = df['payload']
y = df['label']
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1.3 特征向量化与数据集划分

机器学习模型通常无法直接处理原始文本数据,需要将其转换为数值特征。这里采用CountVectorizer将文本转换为词频向量。随后,我们将数据集划分为训练集和测试集,以便独立评估模型的泛化能力。为了确保结果的可复现性,我们设置了random_state参数。

# 使用CountVectorizer进行文本特征向量化,过滤低频词和高频词,并移除英文停用词
vectorizer = CountVectorizer(min_df=2, max_df=0.8, stop_words=stopwords.words('english'))
X = vectorizer.fit_transform(X.values.astype('U')).toarray()

# 划分训练集和测试集,测试集占总数据的20%
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

print(f"训练集特征形状: {X_train.shape}")
print(f"训练集标签形状: {y_train.shape}")
print(f"测试集特征形状: {X_test.shape}")
print(f"测试集标签形状: {y_test.shape}")
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输出示例:

训练集特征形状: (8040, 1585)
训练集标签形状: (8040,)
测试集特征形状: (2011, 1585)
测试集标签形状: (2011,)
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2. 模型训练与评估中的常见陷阱

在训练和评估多个机器学习模型时,一个常见的错误是变量管理不当,这可能导致不同模型的评估指标结果出现异常的一致性。本节将通过一个具体的案例来展示这种错误。

天工大模型
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中国首个对标ChatGPT的双千亿级大语言模型

天工大模型115
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2.1 朴素贝叶斯分类器评估

我们首先训练一个高斯朴素贝叶斯分类器,并计算其在测试集上的准确率和F1分数。

nb_clf = GaussianNB()
nb_clf.fit(X_train, y_train)
y_pred_nb = nb_clf.predict(X_test) # 将朴素贝叶斯的预测结果存储在y_pred_nb中

print(f"朴素贝叶斯分类器在测试集上的准确率: {accuracy_score(y_pred_nb, y_test)}")
print(f"朴素贝叶斯分类器在测试集上的F1分数 (pos_label='anom'): {f1_score(y_pred_nb, y_test, pos_label='anom')}")
print("\n朴素贝叶斯分类报告:")
print(classification_report(y_test, y_pred_nb))
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输出示例:

朴素贝叶斯分类器在测试集上的准确率: 0.9806066633515664
朴素贝叶斯分类器在测试集上的F1分数 (pos_label='anom'): 0.9735234215885948

朴素贝叶斯分类报告:
              precision    recall  f1-score   support

        anom       0.97      0.98      0.97       732
        norm       0.99      0.98      0.98      1279

    accuracy                           0.98      2011
   macro avg       0.98      0.98      0.98      2011
weighted avg       0.98      0.98      0.98      2011
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2.2 随机森林分类器评估(错误示例)

接下来,我们训练一个随机森林分类器。请仔细观察以下代码中的评估部分,它包含了一个常见的变量引用错误。

rf_clf = RandomForestClassifier(random_state=42) # 设置random_state以确保可复现性
rf_clf.fit(X_train, y_train)
y_pred_rf = rf_clf.predict(X_test) # 随机森林模型的预测结果存储在y_pred_rf中

# 错误的评估代码:在计算accuracy_score和f1_score时,不小心引用了前一个模型(朴素贝叶斯)的预测结果y_pred_nb
print(f"随机森林分类器在测试集上的准确率 (错误示例): {accuracy_score(y_pred_nb, y_test)}") # 错误地使用了y_pred_nb
print(f"随机森林分类器在测试集上的F1分数 (pos_label='anom') (错误示例): {f1_score(y_pred_nb, y_test, pos_label='anom')}") # 错误地使用了y_pred_nb
print("\n随机森林分类报告 (基于y_pred_rf):") # 注意:classification_report这里使用了正确的y_pred_rf
print(classification_report(y_test, y_pred_rf))
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输出示例:

随机森林分类器在测试集上的准确率 (错误示例): 0.9806066633515664
随机森林分类器在测试集上的F1分数 (pos_label='anom') (错误示例): 0.9735234215885948

随机森林分类报告 (基于y_pred_rf):
              precision    recall  f1-score   support

        anom       1.00      0.96      0.98       73
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以上就是机器学习模型评估中的常见陷阱:变量误用导致指标结果一致性问题解析的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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