大家好，我是微学AI，最近天气真的是多变啊，忽冷忽热，今天再次给大家带来天气的话题，机器学习实战5-天气预测系列，我们将探讨一个城市的气象数据集，并利用机器学习来预测该城市的天气状况。该数据集包含年平均温度和湿度等信息。
一、准备工作
首先，我们需要了解一下数据集中包含哪些信息。原始数据集可能包含多个变量，但我们主要关注年平均温度和湿度这两个因素对天气状况的影响。年平均温度和湿度可以很好地反映该城市的气候状况，因此它们是预测天气状况的重要变量。我们会对数据集中的各种字段进行分析。
在数据预处理和分析完成之后，我们可以使用各种机器学习算法进行预测。这些算法可以分为有监督学习和无监督学习。有监督学习算法需要使用标记数据集进行训练，以生成预测模型。常用的有监督学习算法包括线性回归、决策树、随机森林、向量机分类模型(SVC算法)等。无监督学习算法则不需要标记数据集，而是通过发现数据集中的潜在规律进行预测。常用的无监督学习算法包括聚类、降维等。本文采用向量机分类模型进行分类预测。
二、代码实践
1.数据导入
import pandas as pd import matplotlib.pyplot as pltimport seaborn as snsplt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei']df = pd.read_csv('weather_dataset.csv')labels = pd.read_csv('weather_labels.csv')
我们将导入数据，数据的获取链接：/s/17M4oR-G_HVcDfFq1ap2rqw?pwd=9iu1
提取码：9iu1
数据样例：
2.2000年的温度变化图
df_budapest = pd.concat([df.iloc[:,:2],df.iloc[:,11:19]],axis=1)df_budapest['DATE'] = pd.to_datetime(df_budapest['DATE'],format='%Y%m%d')def mean_for_mth(feature):mean = []for x in range(12):mean.append(float("{:.2f}".format(df_budapest[df_budapest['MONTH'] == (x+1)][feature].mean())))return meandf_budapest.drop(['MONTH'],axis=1).describe()#sns.set(style="darkgrid")plt.figure(figsize=(12,6))plt.plot(df_budapest['DATE'][:365],df_budapest['BUDAPEST_temp_mean'][:365])plt.title('2000年的温度变化图')plt.xlabel('DATE')plt.ylabel('DEGREE')plt.show()
3.布达佩斯(匈牙利首都)年平均温度
months = ['Jan', 'Febr', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul','Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec']mean_temp = mean_for_mth('BUDAPEST_temp_mean')plt.figure(figsize=(12,6))bar = plt.bar(x = months,height = mean_temp, width = 0.8, color=['thistle','mediumaquamarine','orange'])plt.xticks(rotation = 45)plt.xlabel('MONTHS')plt.ylabel('DEGREES')plt.title('布达佩斯(匈牙利首都)年平均温度')plt.bar_label(bar)plt.show()
4.布达佩斯(匈牙利首都)的年平均湿度
mean_temp = mean_for_mth('BUDAPEST_humidity')plt.figure(figsize=(12,6))bar = plt.bar(x = months, height = mean_temp, width = 0.8, color=['thistle','mediumaquamarine','orange'])plt.xticks(rotation = 45)plt.xlabel('MONTHS')plt.ylabel('HUMIDITY')plt.title('布达佩斯(匈牙利首都)的年平均湿度')plt.bar_label(bar)plt.show()
5.各指标的分布次数图
fig, axs = plt.subplots(2, 2, figsize=(12,8))fig.suptitle('各指标的分布次数图')sns.histplot(data = df_budapest, x ='BUDAPEST_pressure', ax=axs[0,0], color='red', kde=True)sns.histplot(data = df_budapest, x ='BUDAPEST_humidity', ax=axs[0,1], color='orange', kde=True)sns.histplot(data = df_budapest, x ='BUDAPEST_temp_mean', ax=axs[1,0], kde=True)sns.histplot(data = df_budapest, x ='BUDAPEST_global_radiation', ax=axs[1,1], color='green', kde=True)plt.show()
6.分析天气标签提供一些基本的数据探索和采样策略
针对数据进行了一些数据探索和取样，具体包括以下步骤：
1.统计天气标签（labels）的数量分布并使用 seaborn 绘制了计数图；
2.计算天气标签（labels）为真和为假的百分比；
3.将 天气标签转换为整数，并使用 seaborn 绘制了标签（labels）与温度的关系；
4.统计了过采样后的天气标签（labels）的数量分布并使用 seaborn 绘制了计数图；
5.绘制了数据集的特征之间的相关性热图。
labels_budapest = labels['BUDAPEST_BBQ_weather']sns.set(style="darkgrid")plt.figure(figsize=(12,6))sns.countplot(x = labels_budapest).set(title='Labels for BUDAPEST')true_val = len(labels_budapest[labels_budapest == True])false_val = len(labels_budapest[labels_budapest == False])print('Precent of True values: {0:.2f}%'.format(true_val/(true_val+false_val)*100))print('Precent of False values: {0:.2f}%'.format(false_val/(true_val+false_val)*100))labels_budapest = labels_budapest.astype(int)plt.figure(figsize=(12,6))sns.set(style="darkgrid")sns.boxplot(y = df_budapest['BUDAPEST_temp_mean'], x = labels_budapest).set(title='Relation between the temperature and the bbq weather')labels_budapest = labels_budapest.astype(int)df_budapest = df_budapest.drop(['DATE'],axis=1)from imblearn.over_sampling import RandomOverSampleroversample = RandomOverSampler()ovrspl_X, ovrspl_y = oversample.fit_resample(df_budapest, labels_budapest)labels_budapest = labels['BUDAPEST_BBQ_weather']sns.set(style="darkgrid")plt.figure(figsize=(12,6))sns.countplot(x = ovrspl_y).set(title='Oversampled Labels for BUDAPEST')true_val = len(ovrspl_y[ovrspl_y == 1])false_val = len(ovrspl_y[ovrspl_y == 0])print('Precent of True values: {0:.1f}%'.format(true_val/(true_val+false_val)*100))print('Precent of False values: {0:.1f}%'.format(false_val/(true_val+false_val)*100))plt.figure(figsize=(12,6))sns.set(style="darkgrid")sns.heatmap(df_budapest.corr(),annot=True,cmap='coolwarm').set(title='Correlation between features')plt.show()
7.基于SVC模型的机器学习预测天气分类
from sklearn.preprocessing import MinMaxScalerscaler = MinMaxScaler()norm_X = scaler.fit_transform(ovrspl_X)norm_X = pd.DataFrame(norm_X, columns=df_budapest.columns)norm_X.describe()from sklearn.model_selection import train_test_split# Splitting dataset on training and testing datasetsX_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(ovrspl_X,ovrspl_y, test_size = 0.3, random_state = 42)print('Training set: ' + str(len(X_train)))print('Testing set: ' + str(len(X_test)))from sklearn.svm import SVCmodel = SVC(verbose=True, kernel = 'linear', random_state = 0)model.fit(X_train,y_train)y_predict = model.predict(X_test)from sklearn.metrics import classification_report, confusion_matrix, accuracy_scoreprint('Classification report--------------------------------')print(classification_report(y_test,y_predict))sns.heatmap(confusion_matrix(y_test,y_predict), annot=True, fmt='g').set(title='Confusion Matrix')print('Model accuracy is: {0:.2f}%'.format(accuracy_score(y_test, y_predict)*100))
运行结果：
Training set: 3235Testing set: 1387[LibSVM]................................*...............................*................................................*optimization finished, #iter = 110434obj = -581.485644, rho = -4.010761nSV = 647, nBSV = 635Total nSV = 647Classification report--------------------------------precision recall f1-score support0 0.980.910.95 7121 0.920.980.95 675accuracy 0.951387macro avg 0.950.950.951387weighted avg 0.950.950.951387Model accuracy is: 94.66%
文章结束，欢迎大家咨询与合作。
