足球是世界上最火爆的运动之一,如何运用机器学习来预测足球比赛结果,是每一个足球爱好者所向往的!

本场 Chat 适合有 Python 基础的机器学习初学者,我们带你一起熟悉机器学习的开发流程,帮你快速建立起自己的英超比赛预测模型!

你将获取到如下内容:

  1. 人工智能在线建模平台介绍;
  2. 熟悉机器学习开发流程;
  3. 熟悉 Python 数据挖掘库 NumPy、Pandas、Scikit-Learn 等开发库的基本使用;
  4. 熟悉常见分类算法(逻辑回归、SVM 和 XGBoost)及其评价指标;
  5. 部署完成一个属于自己的预测模型。

足球是世界上最火爆的运动之一,世界杯期间也往往是球迷们最亢奋的时刻。比赛狂欢季除了炸出了熬夜看球的铁杆粉丝,也让足球竞猜也成了大家茶余饭后最热衷的话题。甚至连原来不怎么看足球的人,也是暗中努力恶补了很多足球相关知识,想通过赛事竞猜先赚一个小目标。今天我们将介绍如何用机器学习来预测足球比赛结果!

本 Chat 采用 Python 编程语言,使用 人工智能建模平台 Mo 作为在线开发环境进行编程,通过获取 2000 年到 2018 年共 19 年英超的比赛数据,然后基于监督学习中逻辑回归模型、支持向量机模型和 XGBoost 模型,对英超比赛结果进行预测。

下面我们一起来看看预测英超比赛结果的机器学习步骤:

主要流程步骤

  1. 获取数据和读取数据的信息
  2. 数据清洗和预处理
  3. 特征工程
  4. 建立机器学习模型并进行预测
  5. 总结与展望

1. 获取数据和读取数据的信息

首先我们进入 Mo 工作台,创建一个空白项目,点击 开始开发 ,进入内嵌 JupyterLab 的 Notebook 开发环境。

接着我们需要在项目中上传数据集。

英超每年举办一个赛季,在每年的 8 月到第二年的 5 月进行,共有 20 支球队,实行主客场双循环赛制,每个赛季共 38 轮比赛(其中 19 场主场比赛,19 场客场比赛),每轮比赛共计 10 场比赛,所以每个赛季,英超共有 380 场比赛。

  • 数据集地址

  • 数据集中特征说明文档

如果您已经在 MO 平台新建项目,可以在平台直接导入数据集,流程如下:

1.1 读取 csv 数据接口解释

  • 采用 Pandas 读取、写入数据 API 汇总网址读取 csv 数据一般采用 pandas.readcsv():pandas.readcsv(filepathorbuffer, sep =',' , delimiter = None)
  • filepathorbuffer:文件路径
  • sep:指定分隔符,默认是逗号
  • delimiter:定界符,备选分隔符(如果指定改参数,则sep失效)
  • usecols: 指定读取的列名,列表形式
# 导入必须的包import warningswarnings.filterwarnings('ignore')  # 防止警告文件的包import pandas as pd  # 数据分析包import osimport matplotlib.pyplot as plt # 可视化包import matplotlib%matplotlib inlineimport seaborn as sns  # 可视化包from time import timefrom sklearn.preprocessing import scale  # 标准化操作from sklearn.model_selection import train_test_split  # 将数据集分成测试集和训练集from sklearn.metrics import f1_score  # F1得分import xgboost as xgb  # XGBoost模型from sklearn.svm import SVC  ## 支持向量机分类模型from sklearn.linear_model import LogisticRegression  # 逻辑回归模型from sklearn.model_selection import GridSearchCV  # 超参数调参模块from sklearn.metrics import make_scorer  # 模型评估import joblib  # 模型的保存与加载模块

下面开始我们的表演:

# 获取地址中的所有文件loc = './/football//' # 存放数据的路径res_name = []  # 存放数据名的列表filecsv_list = []  # 获取数据名后存放的列表def file_name(file_name):    # root:当前目录路径   dirs:当前目录下所有子目录   files:当前路径下所有非目录文件    for root,dirs,files in os.walk(file_name):        files.sort() # 排序,让列表里面的元素有顺序        for i,file in enumerate(files):            if os.path.splitext(file)[1] == '.csv':                filecsv_list.append(file)                res_name.append('raw_data_'+str(i+1))    print(res_name)    print(filecsv_list)file_name(loc)
['raw_data_1', 'raw_data_2', 'raw_data_3', 'raw_data_4', 'raw_data_5', 'raw_data_6', 'raw_data_7', 'raw_data_8', 'raw_data_9', 'raw_data_10', 'raw_data_11', 'raw_data_12', 'raw_data_13', 'raw_data_14', 'raw_data_15', 'raw_data_16', 'raw_data_17', 'raw_data_18', 'raw_data_19']['2000-01.csv', '2001-02.csv', '2002-03.csv', '2003-04.csv', '2004-05.csv', '2005-06.csv', '2006-07.csv', '2007-08.csv', '2008-09.csv', '2009-10.csv', '2010-11.csv', '2011-12.csv', '2012-13.csv', '2013-14.csv', '2014-15.csv', '2015-16.csv', '2016-17.csv', '2017-18.csv', '2018-19.csv']

1.2 时间列表

获取每一年的数据后,将每一年的年份放入到 time_list 列表中:

time_list = [filecsv_list[i][0:4]  for i in range(len(filecsv_list))]time_list

['2000','2001','2002','2003','2004','2005','2006','2007','2008','2009','2010','2011','2012','2013','2014','2015','2016','2017','2018']

1.3 用 Pandas.read_csv() 接口读取数据

读取时将数据与 res_name 中的元素名一一对应。

for i in range(len(res_name)):    res_name[i] = pd.read_csv(loc+filecsv_list[i],error_bad_lines=False)    print('第%2s个文件是%s,数据大小为%s'%(i+1,filecsv_list[i],res_name[i].shape))
第 1个文件是2000-01.csv,数据大小为(380, 45)第 2个文件是2001-02.csv,数据大小为(380, 48)第 3个文件是2002-03.csv,数据大小为(316, 48)第 4个文件是2003-04.csv,数据大小为(335, 57)第 5个文件是2004-05.csv,数据大小为(335, 57)第 6个文件是2005-06.csv,数据大小为(380, 68)第 7个文件是2006-07.csv,数据大小为(380, 68)第 8个文件是2007-08.csv,数据大小为(380, 71)第 9个文件是2008-09.csv,数据大小为(380, 71)第10个文件是2009-10.csv,数据大小为(380, 71)第11个文件是2010-11.csv,数据大小为(380, 71)第12个文件是2011-12.csv,数据大小为(380, 71)第13个文件是2012-13.csv,数据大小为(380, 74)第14个文件是2013-14.csv,数据大小为(380, 68)第15个文件是2014-15.csv,数据大小为(381, 68)第16个文件是2015-16.csv,数据大小为(380, 65)第17个文件是2016-17.csv,数据大小为(380, 65)第18个文件是2017-18.csv,数据大小为(380, 65)第19个文件是2018-19.csv,数据大小为(304, 62)

1.4 删除特定文件的空值

经过查看第 15 个文件读取的第 381 行为空值,故采取删除行空值操作。

1.4.1 删除空值的接口
  • Pandas.dropna(axis=0,how='any')
  • axis: 0 表示是行;1表示是列
  • how:'all'表示只去掉所有值均缺失的行、列;any表示只去掉有缺失值的行、列
1.4.2 接口运用
res_name[14] = res_name[14].dropna(axis=0,how='all')res_name[14].tail()
Div Date HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTHG HTAG HTR ... BbAv<2.5 BbAH BbAHh BbMxAHH BbAvAHH BbMxAHA BbAvAHA PSCH PSCD PSCA
375 E0 24/05/15 Hull Man United 0.0 0.0 D 0.0 0.0 D ... 1.99 25.0 0.50 1.76 1.71 2.27 2.19 3.20 3.76 2.27
376 E0 24/05/15 Leicester QPR 5.0 1.0 H 2.0 0.0 H ... 2.41 28.0 -1.00 1.98 1.93 1.98 1.93 1.53 4.94 6.13
377 E0 24/05/15 Man City Southampton 2.0 0.0 H 1.0 0.0 H ... 2.66 28.0 -1.00 2.00 1.94 2.03 1.93 1.60 4.35 6.00
378 E0 24/05/15 Newcastle West Ham 2.0 0.0 H 0.0 0.0 D ... 2.25 25.0 -0.50 1.82 1.78 2.20 2.10 1.76 4.01 4.98
379 E0 24/05/15 Stoke Liverpool 6.0 1.0 H 5.0 0.0 H ... 1.99 25.0 0.25 2.07 2.02 1.88 1.85 3.56 3.60 2.17

5 rows × 68 columns

1.5 删除行数不是 380 的文件名

考虑到英超一般是 19 个球队,每个球队需要打 20 场球,故把行数不是 380 的数据删除掉,并找到器原 CSV 文件一一对应。

for i in range(len(res_name),0,-1):     # 采用从大到小的遍历方式,然后进行删除不满足条件的。    if res_name[i-1].shape[0] != 380:        key = 'res_name[' + str(i) + ']'        print('删除的数据是:%s年的数据,文件名:%s大小是:%s'%(time_list[i-1],key,res_name[i-1].shape))        res_name.pop(i-1)        time_list.pop(i-1)        continue
删除的数据是:2018年的数据,文件名:res_name[19]大小是:(304, 62)删除的数据是:2004年的数据,文件名:res_name[5]大小是:(335, 57)删除的数据是:2003年的数据,文件名:res_name[4]大小是:(335, 57)删除的数据是:2002年的数据,文件名:res_name[3]大小是:(316, 48)

1.6 查看某一个数据集前n行数据

  • 文件名.head(n)n:默认是5,想获取多少行数据就填写数字值。

读取数据前五行操作:

res_name[0].head()
Div Date HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTHG HTAG HTR ... IWA LBH LBD LBA SBH SBD SBA WHH WHD WHA
0 E0 19/08/00 Charlton Man City 4 0 H 2 0 H ... 2.7 2.20 3.25 2.75 2.20 3.25 2.88 2.10 3.2 3.10
1 E0 19/08/00 Chelsea West Ham 4 2 H 1 0 H ... 4.2 1.50 3.40 6.00 1.50 3.60 6.00 1.44 3.6 6.50
2 E0 19/08/00 Coventry Middlesbrough 1 3 A 1 1 D ... 2.7 2.25 3.20 2.75 2.30 3.20 2.75 2.30 3.2 2.62
3 E0 19/08/00 Derby Southampton 2 2 D 1 2 A ... 3.5 2.20 3.25 2.75 2.05 3.20 3.20 2.00 3.2 3.20
4 E0 19/08/00 Leeds Everton 2 0 H 2 0 H ... 4.5 1.55 3.50 5.00 1.57 3.60 5.00 1.61 3.5 4.50

5 rows × 45 columns

读取数据前10行:

res_name[0].head(10)
Div Date HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTHG HTAG HTR ... IWA LBH LBD LBA SBH SBD SBA WHH WHD WHA
0 E0 19/08/00 Charlton Man City 4 0 H 2 0 H ... 2.7 2.20 3.25 2.75 2.20 3.25 2.88 2.10 3.20 3.10
1 E0 19/08/00 Chelsea West Ham 4 2 H 1 0 H ... 4.2 1.50 3.40 6.00 1.50 3.60 6.00 1.44 3.60 6.50
2 E0 19/08/00 Coventry Middlesbrough 1 3 A 1 1 D ... 2.7 2.25 3.20 2.75 2.30 3.20 2.75 2.30 3.20 2.62
3 E0 19/08/00 Derby Southampton 2 2 D 1 2 A ... 3.5 2.20 3.25 2.75 2.05 3.20 3.20 2.00 3.20 3.20
4 E0 19/08/00 Leeds Everton 2 0 H 2 0 H ... 4.5 1.55 3.50 5.00 1.57 3.60 5.00 1.61 3.50 4.50
5 E0 19/08/00 Leicester Aston Villa 0 0 D 0 0 D ... 2.5 2.35 3.20 2.60 2.25 3.25 2.75 2.40 3.25 2.50
6 E0 19/08/00 Liverpool Bradford 1 0 H 0 0 D ... 8.0 1.35 4.00 8.00 1.36 4.00 8.00 1.33 4.00 8.00
7 E0 19/08/00 Sunderland Arsenal 1 0 H 0 0 D ... 2.1 4.30 3.20 1.70 3.30 3.10 2.05 3.75 3.00 1.90
8 E0 19/08/00 Tottenham Ipswich 3 1 H 2 1 H ... 4.7 1.45 3.60 6.50 1.50 3.50 6.50 1.44 3.60 6.50
9 E0 20/08/00 Man United Newcastle 2 0 H 1 0 H ... 5.0 1.40 3.75 7.00 1.40 3.75 7.50 1.40 3.75 7.00

10 rows × 45 columns

通过以上2次操作,我们发现表格的第一行为各个特征的名称,最左边的一列为样本的序列号,一般都是从 0 开始;在这里也可以理解为每一行是一场比赛。

1.7 查看某一个数据集后 5 行数据

  • 文件名.tail():用法与 head() 一样

读取最后 5 行操作:

res_name[0].tail()
Div Date HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTHG HTAG HTR ... IWA LBH LBD LBA SBH SBD SBA WHH WHD WHA
375 E0 19/05/01 Man City Chelsea 1 2 A 1 1 D ... 1.65 4.0 3.60 1.67 4.20 3.40 1.70 4.00 3.1 1.80
376 E0 19/05/01 Middlesbrough West Ham 2 1 H 2 1 H ... 3.20 1.8 3.25 3.75 1.90 3.20 3.50 1.83 3.4 3.50
377 E0 19/05/01 Newcastle Aston Villa 3 0 H 2 0 H ... 2.90 2.4 3.25 2.50 2.38 3.30 2.50 2.25 3.4 2.60
378 E0 19/05/01 Southampton Arsenal 3 2 H 0 1 A ... 2.35 2.5 3.25 2.37 2.63 3.25 2.30 2.62 3.5 2.20
379 E0 19/05/01 Tottenham Man United 3 1 H 1 1 D ... 2.10 2.6 3.20 2.37 2.60 3.25 2.35 2.62 3.3 2.25

5 rows × 45 columns

读取最后 4 行操作:

res_name[0].tail(4)
Div Date HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTHG HTAG HTR ... IWA LBH LBD LBA SBH SBD SBA WHH WHD WHA
376 E0 19/05/01 Middlesbrough West Ham 2 1 H 2 1 H ... 3.20 1.8 3.25 3.75 1.90 3.20 3.50 1.83 3.4 3.50
377 E0 19/05/01 Newcastle Aston Villa 3 0 H 2 0 H ... 2.90 2.4 3.25 2.50 2.38 3.30 2.50 2.25 3.4 2.60
378 E0 19/05/01 Southampton Arsenal 3 2 H 0 1 A ... 2.35 2.5 3.25 2.37 2.63 3.25 2.30 2.62 3.5 2.20
379 E0 19/05/01 Tottenham Man United 3 1 H 1 1 D ... 2.10 2.6 3.20 2.37 2.60 3.25 2.35 2.62 3.3 2.25

4 rows × 45 columns

1.8 获取某一年主场队伍的名称

res_name[0]['HomeTeam'].unique()
array(['Charlton', 'Chelsea', 'Coventry', 'Derby', 'Leeds', 'Leicester',       'Liverpool', 'Sunderland', 'Tottenham', 'Man United', 'Arsenal',       'Bradford', 'Ipswich', 'Middlesbrough', 'Everton', 'Man City',       'Newcastle', 'Southampton', 'West Ham', 'Aston Villa'],      dtype=object)

1.9 解析数据集列表头含义

数据集行数已经固定,一般都是 380 行,而列数可能每年统计指标有变化,不一定相等,而且我们也比较关心列数表表头。由于比较小,可以直接看数据集列数,这样比较快,也可以代码实现,找到最大的列数,然后获取列数的表头进行一般性介绍解释。

# 获取列表头最大的列数,然后获取器参数shape_list = [res_name[i].shape[1] for i in range(len(res_name))]for i in range(len(res_name)):    if res_name[i].shape[1] == max(shape_list):        print('%s年数据是有最大列数:%s,列元素表头:\n %s'%(time_list[i],max(shape_list),res_name[i].columns))
   2012年数据是有最大列数:74,列元素表头: Index(['Div', 'Date', 'HomeTeam', 'AwayTeam', 'FTHG', 'FTAG', 'FTR', 'HTHG',       'HTAG', 'HTR', 'Referee', 'HS', 'AS', 'HST', 'AST', 'HF', 'AF', 'HC',       'AC', 'HY', 'AY', 'HR', 'AR', 'B365H', 'B365D', 'B365A', 'BWH', 'BWD',       'BWA', 'GBH', 'GBD', 'GBA', 'IWH', 'IWD', 'IWA', 'LBH', 'LBD', 'LBA',       'PSH', 'PSD', 'PSA', 'WHH', 'WHD', 'WHA', 'SJH', 'SJD', 'SJA', 'VCH',       'VCD', 'VCA', 'BSH', 'BSD', 'BSA', 'Bb1X2', 'BbMxH', 'BbAvH', 'BbMxD',       'BbAvD', 'BbMxA', 'BbAvA', 'BbOU', 'BbMx>2.5', 'BbAv>2.5', 'BbMx<2.5',       'BbAv<2.5', 'BbAH', 'BbAHh', 'BbMxAHH', 'BbAvAHH', 'BbMxAHA', 'BbAvAHA',       'PSCH', 'PSCD', 'PSCA'],      dtype='object')

我们看到数据包括 Date(比赛的时间),Hometeam(主场队伍名),Awayteam(客场队伍名),FTHG(主场球队全场进球数),HTHG(主场球队半场进球数),FTR(全场比赛结果)等等,更多关于数据集中特征信息可以参考数据集特征说明文档 。

2. 数据清洗和预处理

我们挑选 Hometeam,Awayteam,FTHG,FTAG,FTR 这五列数据,作为我们的原始的特征数据,后面基于这些原始特征,我们再构造一些新的特征。

2.1 挑选信息列

  • HomeTeam: 主场球队名
  • AwayTeam: 客场球队名
  • FTHG: 全场 主场球队进球数
  • FTAG: 全场 客场球队进球数
  • FTR: 比赛结果 ( H= 主场赢, D= 平局, A= 客场赢)
# 将挑选的信息放在一个新的列表中columns_req = ['HomeTeam','AwayTeam','FTHG','FTAG','FTR']playing_statistics = []   # 创造处理后数据名存放处playing_data = {}  # 键值对存储数据for i in range(len(res_name)):    playing_statistics.append('playing_statistics_'+str(i+1))    playing_statistics[i] = res_name[i][columns_req]    print(time_list[i],'playing_statistics['+str(i)+']',playing_statistics[i].shape)
2000 playing_statistics[0] (380, 5)2001 playing_statistics[1] (380, 5)2005 playing_statistics[2] (380, 5)2006 playing_statistics[3] (380, 5)2007 playing_statistics[4] (380, 5)2008 playing_statistics[5] (380, 5)2009 playing_statistics[6] (380, 5)2010 playing_statistics[7] (380, 5)2011 playing_statistics[8] (380, 5)2012 playing_statistics[9] (380, 5)2013 playing_statistics[10] (380, 5)2014 playing_statistics[11] (380, 5)2015 playing_statistics[12] (380, 5)2016 playing_statistics[13] (380, 5)2017 playing_statistics[14] (380, 5)

2.2 分析原始数据

我们首先预测所有主场球队全都胜利,然后预测所有的客场都会胜利,对结果进行对比分析:

2.2.1 统计所有主场球队都会胜利的准确率
def predictions_0(data):    """     当我们统计所有主场球队都赢,那么我们预测的结果是什么    返回值是预测值和实际值    """    predictions = []    for _, game in data.iterrows():        if game['FTR']=='H':            predictions.append(1)        else:            predictions.append(0)    # 返回预测结果    return pd.Series(predictions)# 那我们对19年全部主场球队都赢的结果进行预测,获取预测的准确率。avg_acc_sum = 0for i in range(len(playing_statistics)):    predictions = predictions_0(playing_statistics[i])    acc=sum(predictions)/len(playing_statistics[i])    avg_acc_sum += acc    print("%s年数据主场全胜预测的准确率是%s"%(time_list[i],acc))print('共%s年的平均准确率是:%s'%(len(playing_statistics),avg_acc_sum/len(playing_statistics)))
2000年数据主场全胜预测的准确率是0.48421052631578952001年数据主场全胜预测的准确率是0.43421052631578952005年数据主场全胜预测的准确率是0.50526315789473692006年数据主场全胜预测的准确率是0.47894736842105262007年数据主场全胜预测的准确率是0.46315789473684212008年数据主场全胜预测的准确率是0.455263157894736872009年数据主场全胜预测的准确率是0.50789473684210532010年数据主场全胜预测的准确率是0.47105263157894742011年数据主场全胜预测的准确率是0.452012年数据主场全胜预测的准确率是0.43684210526315792013年数据主场全胜预测的准确率是0.47105263157894742014年数据主场全胜预测的准确率是0.452631578947368442015年数据主场全胜预测的准确率是0.41315789473684212016年数据主场全胜预测的准确率是0.49210526315789472017年数据主场全胜预测的准确率是0.45526315789473687共15年的平均准确率是:0.46473684210526317
2.2.2 统计所有客场球队都会胜利的准确率
def predictions_1(data):    """     当我们统计所有客场球队都赢,那么我们预测的结果是什么    返回值是预测值和实际值    """    predictions = []    for _, game in data.iterrows():        if game['FTR']=='A':            predictions.append(1)        else:            predictions.append(0)    # 返回预测结果    return pd.Series(predictions)# 那我们对19年客场球队都赢的结果进行预测,获取预测的准确率。for i in range(len(playing_statistics)):    predictions = predictions_1(playing_statistics[i])    acc=sum(predictions)/len(playing_statistics[i])    print("%s年数据客场全胜预测的准确率是%s"%(time_list[i],acc))
2000年数据客场全胜预测的准确率是0.252001年数据客场全胜预测的准确率是0.32005年数据客场全胜预测的准确率是0.292105263157894762006年数据客场全胜预测的准确率是0.26315789473684212007年数据客场全胜预测的准确率是0.27368421052631582008年数据客场全胜预测的准确率是0.28947368421052632009年数据客场全胜预测的准确率是0.23947368421052632010年数据客场全胜预测的准确率是0.236842105263157882011年数据客场全胜预测的准确率是0.305263157894736852012年数据客场全胜预测的准确率是0.27894736842105262013年数据客场全胜预测的准确率是0.32368421052631582014年数据客场全胜预测的准确率是0.30263157894736842015年数据客场全胜预测的准确率是0.305263157894736852016年数据客场全胜预测的准确率是0.28684210526315792017年数据客场全胜预测的准确率是0.28421052631578947

综上比较:我们可以看出主场胜利的概率相对于输和平局来说,确实概率要大。

2.3 我们想知道 Arsenal 作为主场队伍时,他们的表现,如何求出 2005-06 所有比赛累计进球数 ?

我们知道 2005-06 年数据在 playing_statistics[2] 中:

def score(data):    """ Arsenal作为主场队伍时,累计进球数 """    scores=[]    for _,game in data.iterrows():        if game['HomeTeam']=='Arsenal':            scores.append(game['FTHG'])    return np.sum(scores)Arsenal_score=score(playing_statistics[2])print("Arsenal作为主场队伍在2005年时,累计进球数:%s"%(Arsenal_score))
Arsenal 作为主场队伍在2005年时,累计进球数:48

2.4 我们想知道各个球队作为主场队伍时,他们的表现如何 ?

先试试求 2005-06 所有比赛各个球队累计进球数。

print(playing_statistics[5].groupby('HomeTeam').sum()['FTHG'])
HomeTeamArsenal          31Aston Villa      27Blackburn        22Bolton           21Chelsea          33Everton          31Fulham           28Hull             18Liverpool        41Man City         40Man United       43Middlesbrough    17Newcastle        24Portsmouth       26Stoke            22Sunderland       21Tottenham        21West Brom        26West Ham         23Wigan            17Name: FTHG, dtype: int64

3. 特征工程

特征工程指的是把原始数据转变为模型的训练数据的过程,它的目的就是获取更好的训练数据特征,得到更好的训练模型。特征工程能使得模型的性能得到提升,有时甚至在简单的模型上也能取得不错的效果。特征工程在机器学习中占有非常重要的作用,一般认为括特征构建、特征提取、特征选择三大部分。

3.1 构造特征

因为这个比赛是一年一个赛季,是有先后顺序的,那我们就可以统计到截止到本场比赛之前,整个赛季内,主客场队伍的净胜球的数量。那么对于每一个赛季的每一周,都统计出每个球队到本周为止累计的进球数和丢球数之差,也就是净胜球的数量。

3.1.1 计算每个队周累计净胜球数量

处理后的数据,我们可以通过看某一年的某几条数据来体现,比如:05-06 年的后五条数据。

def get_goals_diff(playing_stat):    # 创建一个字典,每个 team 的 name 作为 key    teams = {}    for i in playing_stat.groupby('HomeTeam').mean().T.columns:        teams[i] = []    # 对于每一场比赛    for i in range(len(playing_stat)):        # 全场比赛,主场队伍的进球数        HTGS = playing_stat.iloc[i]['FTHG']        # 全场比赛,客场队伍的进球数        ATGS = playing_stat.iloc[i]['FTAG']        # 把主场队伍的净胜球数添加到 team 这个 字典中对应的主场队伍下        teams[playing_stat.iloc[i].HomeTeam].append(HTGS-ATGS)        # 把客场队伍的净胜球数添加到 team 这个 字典中对应的客场队伍下        teams[playing_stat.iloc[i].AwayTeam].append(ATGS-HTGS)    # 创建一个 GoalsDifference 的 dataframe    # 行是 team 列是 matchweek,    # 39解释:19个球队,每个球队分主场客场2次,共38个赛次,但是range取不到最后一个值,故38+1=39    GoalsDifference = pd.DataFrame(data=teams, index = [i for i in range(1,39)]).T    GoalsDifference[0] = 0    # 累加每个队的周比赛的净胜球数    for i in range(2,39):        GoalsDifference[i] = GoalsDifference[i] + GoalsDifference[i-1]    return GoalsDifferencedef get_gss(playing_stat):    # 得到净胜球数统计    GD = get_goals_diff(playing_stat)    j = 0    #  主客场的净胜球数    HTGD = []    ATGD = []    # 全年一共380场比赛    for i in range(380):        ht = playing_stat.iloc[i].HomeTeam        at = playing_stat.iloc[i].AwayTeam        HTGD.append(GD.loc[ht][j])        ATGD.append(GD.loc[at][j])        if ((i + 1)% 10) == 0:            j = j + 1    # 把每个队的 HTGD ATGD 信息补充到 dataframe 中    playing_stat.loc[:,'HTGD'] = HTGD    playing_stat.loc[:,'ATGD'] = ATGD    return playing_statfor i in range(len(playing_statistics)):    playing_statistics[i] = get_gss(playing_statistics[i])####  查看构造特征后的05-06年的后五条数据playing_statistics[2].tail()
HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTGD ATGD
375 Fulham Middlesbrough 1 0 H -11 -9
376 Man United Charlton 4 0 H 34 -10
377 Newcastle Chelsea 1 0 H 4 51
378 Portsmouth Liverpool 1 3 A -23 30
379 West Ham Tottenham 2 1 H -4 16

通过以上数据:我们发现 376 行数据的特点, 截止到这一场比赛之前,本赛季主场曼联队的净胜球数是 34 , 客场查尔顿队的净胜球数是 -10 。

3.1.2 统计主客场队伍到当前比赛周的累计得分

统计整个赛季主客场队伍截止到当前比赛周的累计得分。一场比赛胜利计 3 分, 平局计 1 分,输了计 0 分。我们根据本赛季本周之前的比赛结果来统计这个值。我们继续观看 05-06 年的后五条数据:

# 把比赛结果转换为得分,赢得三分,平局得一分,输不得分def get_points(result):    if result == 'W':        return 3    elif result == 'D':        return 1    else:        return 0def get_cuml_points(matchres):    matchres_points = matchres.applymap(get_points)    for i in range(2,39):        matchres_points[i] = matchres_points[i] + matchres_points[i-1]    matchres_points.insert(column =0, loc = 0, value = [0*i for i in range(20)])    return matchres_pointsdef get_matchres(playing_stat):    # 创建一个字典,每个 team 的 name 作为 key    teams = {}    for i in playing_stat.groupby('HomeTeam').mean().T.columns:        teams[i] = []    # 把比赛结果分别记录在主场队伍和客场队伍中    # H:代表 主场 赢    # A:代表 客场 赢    # D:代表 平局    for i in range(len(playing_stat)):        if playing_stat.iloc[i].FTR == 'H':            # 主场 赢,则主场记为赢,客场记为输            teams[playing_stat.iloc[i].HomeTeam].append('W')            teams[playing_stat.iloc[i].AwayTeam].append('L')        elif playing_stat.iloc[i].FTR == 'A':            # 客场 赢,则主场记为输,客场记为赢            teams[playing_stat.iloc[i].AwayTeam].append('W')            teams[playing_stat.iloc[i].HomeTeam].append('L')        else:            # 平局            teams[playing_stat.iloc[i].AwayTeam].append('D')            teams[playing_stat.iloc[i].HomeTeam].append('D')    return pd.DataFrame(data=teams, index = [i for i in range(1,39)]).Tdef get_agg_points(playing_stat):    matchres = get_matchres(playing_stat)    cum_pts = get_cuml_points(matchres)    HTP = []    ATP = []    j = 0    for i in range(380):        ht = playing_stat.iloc[i].HomeTeam        at = playing_stat.iloc[i].AwayTeam        HTP.append(cum_pts.loc[ht][j])        ATP.append(cum_pts.loc[at][j])        if ((i + 1)% 10) == 0:            j = j + 1    # 主场累计得分    playing_stat.loc[:,'HTP'] = HTP    # 客场累计得分    playing_stat.loc[:,'ATP'] = ATP    return playing_statfor i in range(len(playing_statistics)):    playing_statistics[i] = get_agg_points(playing_statistics[i])#查看构造特征后的05-06年的后五条数据playing_statistics[2].tail()
HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTGD ATGD HTP ATP
375 Fulham Middlesbrough 1 0 H -11 -9 45 45
376 Man United Charlton 4 0 H 34 -10 80 47
377 Newcastle Chelsea 1 0 H 4 51 55 91
378 Portsmouth Liverpool 1 3 A -23 30 38 79
379 West Ham Tottenham 2 1 H -4 16 52 65

我们处理得到 HTP (本赛季主场球队截止到本周的累计得分), ATP (本赛季客场球队截止到本周的累计得分)。我们再看 376 行,截止到这一场比赛,本赛季,曼联队一共积了80分, 查尔顿队积了 47 分。

3.1.3 统计某支队伍最近三场比赛的表现

前面我们构造的特征反映了一只队伍本赛季的历史总表现,我们看看队伍在最近三场比赛的表现。我们用:

HM1 代表主场球队上一次比赛的输赢,

AM1 代表客场球队上一次比赛是输赢。

同理,HM2 AM2 就是上上次比赛的输赢, HM3 AM3 就是上上上次比赛的输赢。

我们继续观看处理后 05-06 年的后 5 五条数据:

def get_form(playing_stat,num):    form = get_matchres(playing_stat)    form_final = form.copy()    for i in range(num,39):        form_final[i] = ''        j = 0        while j < num:            form_final[i] += form[i-j]            j += 1    return form_finaldef add_form(playing_stat,num):    form = get_form(playing_stat,num)    # M 代表 unknown, 因为没有那么多历史    h = ['M' for i in range(num * 10)]    a = ['M' for i in range(num * 10)]    j = num    for i in range((num*10),380):        ht = playing_stat.iloc[i].HomeTeam        at = playing_stat.iloc[i].AwayTeam        past = form.loc[ht][j]        h.append(past[num-1])        past = form.loc[at][j]        a.append(past[num-1])        if ((i + 1)% 10) == 0:            j = j + 1    playing_stat['HM' + str(num)] = h    playing_stat['AM' + str(num)] = a    return playing_statdef add_form_df(playing_statistics):    playing_statistics = add_form(playing_statistics,1)    playing_statistics = add_form(playing_statistics,2)    playing_statistics = add_form(playing_statistics,3)    return playing_statisticsfor i in range(len(playing_statistics)):    playing_statistics[i] = add_form_df(playing_statistics[i])#查看构造特征后的05-06年的后5五条数据playing_statistics[2].tail()
HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTGD ATGD HTP ATP HM1 AM1 HM2 AM2 HM3 AM3
375 Fulham Middlesbrough 1 0 H -11 -9 45 45 L D W D W L
376 Man United Charlton 4 0 H 34 -10 80 47 D L L L W W
377 Newcastle Chelsea 1 0 H 4 51 55 91 D L W W W W
378 Portsmouth Liverpool 1 3 A -23 30 38 79 W W W W L W
379 West Ham Tottenham 2 1 H -4 16 52 65 W W L D L L
3.1.4 加入比赛周特征(第几个比赛周)

然后我们把比赛周的信息也放在里面,也就是这一场比赛发生在第几个比赛周。特征构造后的结果,我们可以直接查看 05-06 年的后 5 条数据:

def get_mw(playing_stat):    j = 1    MatchWeek = []    for i in range(380):        MatchWeek.append(j)        if ((i + 1)% 10) == 0:            j = j + 1    playing_stat['MW'] = MatchWeek    return playing_statfor i in range(len(playing_statistics)):    playing_statistics[i] = get_mw(playing_statistics[i])#查看构造特征后的05-06年的后五条数据playing_statistics[2].tail()
HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTGD ATGD HTP ATP HM1 AM1 HM2 AM2 HM3 AM3 MW
375 Fulham Middlesbrough 1 0 H -11 -9 45 45 L D W D W L 38
376 Man United Charlton 4 0 H 34 -10 80 47 D L L L W W 38
377 Newcastle Chelsea 1 0 H 4 51 55 91 D L W W W W 38
378 Portsmouth Liverpool 1 3 A -23 30 38 79 W W W W L W 38
379 West Ham Tottenham 2 1 H -4 16 52 65 W W L D L L 38
3.1.5 合并比赛的信息

我们打算把数据集比赛的信息都合并到一个表里面,然后我们把我们刚才计算得到的这些得分数据,净胜球数据除以周数,就得到了周平均后的值。结果就可以通过查看构造特征后数据集的后 5 条数据。

# 将各个DataFrame表合并在一张表中playing_stat = pd.concat(playing_statistics, ignore_index=True)# HTGD, ATGD ,HTP, ATP的值 除以 week 数,得到平均分cols = ['HTGD','ATGD','HTP','ATP']playing_stat.MW = playing_stat.MW.astype(float)for col in cols:    playing_stat[col] = playing_stat[col] / playing_stat.MW#查看构造特征后数据集的后5五条数据playing_stat.tail()
HomeTeam AwayTeam FTHG FTAG FTR HTGD ATGD HTP ATP HM1 AM1 HM2 AM2 HM3 AM3 MW
5695 Newcastle Chelsea 3.0 0.0 H -0.289474 0.710526 1.078947 1.842105 L D L W L W 38.0
5696 Southampton Man City 0.0 1.0 A -0.473684 2.052632 0.947368 2.552632 W W D D W W 38.0
5697 Swansea Stoke 1.0 2.0 A -0.710526 -0.894737 0.868421 0.789474 L L L D L D 38.0
5698 Tottenham Leicester 5.0 4.0 H 0.973684 -0.078947 1.947368 1.236842 W W L L W L 38.0
5699 West Ham Everton 3.0 1.0 H -0.578947 -0.315789 1.026316 1.289474 D D W W L W 38.0

我们看到数据集最后一行的行数是 5699 ,加上第一行为 0 行,则一共 5700 条数据;我们总共统计了 15 年的数据,每一年有 380 条数据,计算后发现我们统计后的数据集大小是准确的。

3.2 删除某些数据

前面我们根据初始的特征构造出了很多的特征。这其中有一部分是中间的特征,我们需要把这些中间特征抛弃掉。因为前三周的比赛,每个队的历史胜负信息不足,所以我们打算弃掉前三周的数据。

# 抛弃前三周的比赛playing_stat = playing_stat[playing_stat.MW > 3]playing_stat.drop(['HomeTeam', 'AwayTeam', 'FTHG', 'FTAG', 'MW'],1, inplace=True)#我们查看下此时的数据的特征playing_stat.keys()
Index(['FTR', 'HTGD', 'ATGD', 'HTP', 'ATP', 'HM1', 'AM1', 'HM2', 'AM2', 'HM3','AM3'], dtype='object')

3.3 分析我们构造的数据

在前面,我们计算了每一的年主客场的胜率,现在我们看看有效数据中,是主场胜利的多呢,还是客场胜利的多呢?

# 比赛总数n_matches = playing_stat.shape[0]# 特征数n_features = playing_stat.shape[1] - 1# 主场获胜的数目n_homewins = len(playing_stat[playing_stat.FTR == 'H'])# 主场获胜的比例win_rate = (float(n_homewins) / (n_matches)) * 100# Print the resultsprint("比赛总数: {}".format(n_matches))print("总特征数: {}".format(n_features))print("主场胜利数: {}".format(n_homewins))print("主场胜率: {:.2f}%".format(win_rate))
比赛总数: 5250总特征数: 10主场胜利数: 2451主场胜率: 46.69%

通过统计结果看到:我们主场胜率 46.69% 与我们第 2.2.1 小节原始数据分析的结果是一致的,说明我们前面构造的特征是有效的,比较贴近实际的。

3.4 解决样本不均衡问题

通过构造特征之后,发现主场获胜的比例接近 50% ,所以对于这个三分类的问题,标签比例是不均衡的。

我们把它简化为二分类问题,也就是主场球队会不会胜利,这也是一种解决标签比例不均衡的问题的方法。

# 定义 target ,也就是否 主场赢def only_hw(string):    if string == 'H':        return 'H'    else:        return 'NH'playing_stat['FTR'] = playing_stat.FTR.apply(only_hw)

3.5 将数据分为特征值和标签值

# 把数据分为特征值和标签值X_all = playing_stat.drop(['FTR'],1)y_all = playing_stat['FTR']# 特征值的长度len(X_all)
 5250

3.6 数据归一化、标准化

我们对所有比赛的特征 HTP 进行最大最小值归一化。

def convert_1(data):    max=data.max()    min=data.min()    return (data-min)/(max-min)r_data=convert_1(X_all['HTGD'])
# 数据标准化from sklearn.preprocessing import scalecols = [['HTGD','ATGD','HTP','ATP']]for col in cols:    X_all[col] = scale(X_all[col])

3.7 转换特征数据类型

# 把这些特征转换成字符串类型X_all.HM1 = X_all.HM1.astype('str')X_all.HM2 = X_all.HM2.astype('str')X_all.HM3 = X_all.HM3.astype('str')X_all.AM1 = X_all.AM1.astype('str')X_all.AM2 = X_all.AM2.astype('str')X_all.AM3 = X_all.AM3.astype('str')def preprocess_features(X):    '''把离散的类型特征转为哑编码特征 '''    output = pd.DataFrame(index = X.index)    for col, col_data in X.iteritems():        if col_data.dtype == object:            col_data = pd.get_dummies(col_data, prefix = col)        output = output.join(col_data)    return outputX_all = preprocess_features(X_all)print("Processed feature columns ({} total features):\n{}".format(len(X_all.columns), list(X_all.columns)))
Processed feature columns (22 total features):['HTGD', 'ATGD', 'HTP', 'ATP', 'HM1_D', 'HM1_L', 'HM1_W', 'AM1_D', 'AM1_L', 'AM1_W', 'HM2_D', 'HM2_L', 'HM2_W', 'AM2_D', 'AM2_L', 'AM2_W', 'HM3_D', 'HM3_L', 'HM3_W', 'AM3_D', 'AM3_L', 'AM3_W']
# 预览处理好的数据print("\nFeature values:")display(X_all.head())
Feature values:
HTGD ATGD HTP ATP HM1_D HM1_L HM1_W AM1_D AM1_L AM1_W ... HM2_W AM2_D AM2_L AM2_W HM3_D HM3_L HM3_W AM3_D AM3_L AM3_W
30 0.724821 0.339985 -0.043566 -0.603098 1 0 0 1 0 0 ... 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0
31 -0.702311 -1.088217 -1.097731 -2.192828 0 1 0 1 0 0 ... 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0
32 0.011255 0.339985 -0.570649 -0.603098 0 1 0 1 0 0 ... 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0
33 -0.345528 -0.374116 -1.097731 -1.662918 0 1 0 1 0 0 ... 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0
34 0.011255 1.054086 -0.570649 0.456723 1 0 0 0 0 1 ... 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0

5 rows × 22 columns

3.8 皮尔逊相关热力图

我们生成一些特征的相关图,以查看特征与特征之间的相关性。 为此,我们将利用 Seaborn 绘图软件包,使我们能够非常方便地绘制热力图,如下所示:

import matplotlib.pyplot as pltimport seaborn as sns# 防止中文出现错误plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei'] plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False#制成皮尔森热图#把标签映射为0和1y_all=y_all.map({'NH':0,'H':1})#合并特征集和标签train_data=pd.concat([X_all,y_all],axis=1)colormap = plt.cm.RdBuplt.figure(figsize=(21,18))plt.title('Pearson Correlation of Features', y=1.05, size=15)sns.heatmap(train_data.astype(float).corr(),linewidths=0.1,vmax=1.0,            square=True, cmap=colormap, linecolor='white', annot=True)
<matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot at 0x211ffda5860>

通过上图我们可以看出特征 HTP 特征和 HTGD 特征相关性很强,同样 ATP 特征和 ATGD 特征相关性很强,可以表明多重共线性的情况。这个我们也很容易理解,主场周平均得分数越高,那么主场周平均净胜球数也同样越高。如果我们考虑这些变量,我们可以得出结论,它们给出了几乎相同的信息,因此实际上发生了多重共线性,这里我们会考虑删除 HTP 和 'ATP' 这两个特征,保留 HTGD 和 ATGD 这两个特征。皮尔森热图非常适合检测这种情况,并且在特征工程中,它们是必不可少的工具。同时,我们也可以看出上上上次球队的比赛结果对目前比赛的结果影响较小,这里我们考虑保留这些特征。

  • 考虑到样本集特征 HTP 和 HTGD,ATP 和 ATGD 的相关性都超过了 90% ,故我们删除特征 HTP , ATP :
X_all=X_all.drop(['HTP','ATP'],axis=1)
  • 看看与FTR最相关的10个特征
#FTR correlation matrixplt.figure(figsize=(14,12))k = 10 # number of variables for heatmapcols = abs(train_data.astype(float).corr()).nlargest(k, 'FTR')['FTR'].indexcm = np.corrcoef(train_data[cols].values.T)sns.set(font_scale=1.25)hm = sns.heatmap(cm, cbar=True, annot=True, square=True, fmt='.2f', annot_kws={'size': 10}, yticklabels=cols.values, xticklabels=cols.values)plt.show()

我们可以看出最相关的特征是 HTGD ,表明一个球队主场周平均净胜球数越高,他们赢的概率也就越大。

4.建立机器学习模型并进行预测

4.1 切分数据

将数据集随机分成为训练集和测试集,并返回划分好的训练集测试集样本和训练集测试集标签。我们直接采用 train_test_split 接口进行处理。

4.1.1 traintestsplit API 接口介绍
X_train, X_test, y_train, y_test =cross_validation.train_test_split(train_data,train_target,test_size=0.3, random_state=0)
  • 参数解释:
  • train_data:被划分的样本特征集
  • train_target:被划分的样本标签
  • test_size:如果是浮点数,在0-1之间,表示样本占比;如果是整数的话就是样本的数量
  • random_state:是随机数的种子。
  • 返回值解释:
  • x_train:训练集特征值
  • x_test:测试集特征值
  • y_train:训练集目标值
  • y_test:测试集目标值

随机数种子:其实就是该组随机数的编号,在需要重复试验的时候,保证得到一组一样的随机数。比如你每次都填1,其他参数一样的情况下你得到的随机数组是一样的。但填0或不填,每次都会不一样。随机数的产生取决于种子,随机数和种子之间的关系遵从以下两个规则:种子不同,产生不同的随机数;种子相同,即使实例不同也产生相同的随机数。

4.1.2 代码处理分割数据
from sklearn.model_selection import train_test_splitX_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_all, y_all,test_size = 0.3,random_state = 2,stratify = y_all)

4.2 相关模型及其接口介绍

下面我们分别使用逻辑回归、支持向量机和 XGBoost 这三种不同的模型,来看看他们的表现。我们先定义一些辅助函数,记录模型的训练时长和评估时长,计算模型的准确率和 f1 分数。我们首先介绍一下这三个模型联系与区别和相关的接口:

4.2.1 逻辑回归介绍

逻辑回归模型是:假设数据服从伯努利分布,通过极大化似然函数的方法,运用梯度下降来求解参数,来达到将数据二分类的目的。该模型的主要优点是解释性比较好;如果特征工程做得好,模型效果也非常不错;训练速度也比较快;输出结果也很容易调整。但是该模型的缺点也很突出,比如:准确率不是很高,比较难处理数据不均衡问题等。

4.2.2 逻辑回归模型接口介绍
API:sklearn.linear_model.LogisticRegression(penalty='l2', dual=False, tol=0.0001, C=1.0,fit_intercept=True, intercept_scaling=1, class_weight=None, random_state=None,solver='liblinear', max_iter=100, multi_class='ovr', verbose=0,warm_start=False, n_jobs=1)
  • 主要参数解析:

  • penalty:正则化参数,l1 or l2, default: l2;

  • C:正则化系数λ的倒数,default: 1.0;

  • fit_intercept : 是否存在截距, default: True

  • solver:损失函数的优化方法,有以下四种可供选择{newton-cg, lbfgs, liblinear,sag}, default: liblinear

  • multi_class:分类方式选择,一般有{ovr, multinomial}, default:ovr;

  • class_weight:类型权重参数,默认为None

  • random_state:随机数种子,默认为无

  • tol:迭代终止判据的误差范围

  • n_jobs:并行数,为-1时跟CPU核数一致,默认值为1。

    以上是主要参数的简单解析,如果大家想深入了解,可以参看官方网址 。

4.2.3 支持向量机介绍

SVM(Support Vector Machine) 是一种二类分类模型。它的基本模型是在特征空间中寻找间隔最大化的分离超平面的线性分类器。

(1)当训练样本线性可分时,通过硬间隔最大化,学习一个线性分类器,即线性可分支持向量机;(2)当训练数据近似线性可分时,引入松弛变量,通过软间隔最大化,学习一个线性分类器,即线性支持向量机;(3)当训练数据线性不可分时,通过使用核技巧及软间隔最大化,学习非线性支持向量机。

4.2.4 支持向量机分类模型API
sklearn.svm.SVC(C=1.0,kernel='rbf',degree=3,gamma='auto',coef0=0.0,shrinking=True,probability=False,tol=0.001,cache_size=200,class_weight=None,verbose=False,max_iter=-1,decision_function_shape=None,random_state=None)
  • 主要参数解析:
  • C:C-SVC的惩罚参数C,默认值是1.0。C越大,相当于惩罚松弛变量,希望松弛变量接近0,即对误分类的惩罚增大,趋向于对训练集全分对的情况,这样对训练集测试时准确率很高,但泛化能力弱。C值小,对误分类的惩罚减小,允许容错,将他们当成噪声点,泛化能力较强。
  • kernel :核函数,默认是rbf,可以是‘linear’, ‘poly’, ‘rbf’, ‘sigmoid’, ‘precomputed’
    • 0 – 线性:u'v
    • 1 – 多项式:(gammau'v + coef0)^degree
    • 2 – RBF函数:exp(-gamma|u-v|^2)
    • 3 –sigmoid:tanh(gammau'v + coef0)
  • degree :多项式poly函数的维度,默认是3,选择其他核函数时会被忽略。
  • gamma :rbf,poly 和sigmoid的核函数参数。默认是auto,则会选择1/n_features
  • coef0 :核函数的常数项。对于poly和 sigmoid有用。
  • max_iter :最大迭代次数。-1为无限制。
  • decisionfunctionshape :ovo, ovr or None, default=None。

主要调节的参数有:C、kernel、degree、gamma、coef0;参数详解请参考官网。

4.2.5 XGBoost 原理介绍

XGBoost 是 Boosting算法的其中一种, Boosting 算法的思想是许多弱分类器集成在一起,形成一个强分类器,基本原理是下一棵决策树输入样本会与前面决策树的训练和预测相关。以为 XGBoost 是一种提升树模型,所以他是将许多树模型集成在一起,形成一个很强的分类器。而所用到的树模型则是 CART 回归树模型。

4.2.6 XGBoost 接口介绍
XGBoost.XGBRegressor(max_depth=3, learning_rate=0.1, n_estimators=100, silent=True, objective='reg:linear', booster='gbtree', n_jobs=1, nthread=None, gamma=0, min_child_weight=1, max_delta_step=0, subsample=1, colsample_bytree=1, colsample_bylevel=1, reg_alpha=0, reg_lambda=1, scale_pos_weight=1, base_score=0.5, random_state=0, seed=None, missing=None, **kwargs)
  • 主要参数解析:
  • booster:模型类别,主要有2种,gbtree 和 gbliner,默认是: gbtree ;
  • nthread:使用 CPU 个数,为 -1 时表示使用全部 CPU 进行并行运算(默认),等于 1 时表示使用1个 CPU 进行运算;
  • scaleposweight:正样本的权重,在二分类任务中,当正负样本比例失衡时,设置正样本的权重,模型效果更好。例如,当正负样本比例为 1:10 时,scaleposweight=10;
  • n_estimatores:总共迭代的次数,即决策树的个数;
  • earlystoppingrounds:在验证集上,当连续n次迭代,分数没有提高后,提前终止训练
  • max_depth:树的深度,默认值为6,典型值3-10;
  • minchildweight:值越大,越容易欠拟合;值越小,越容易过拟合(值较大时,避免模型学习到局部的特殊样本),默认为1;
  • learning_rate:学习率,控制每次迭代更新权重时的步长,默认0.3;
  • gamma:惩罚项系数,指定节点分裂所需的最小损失函数下降值;
  • alpha:L1 正则化系数,默认为 1 ;
  • lambda:L2 正则化系数,默认为 1 ;
  • seed:随机种子。

如想详细学习该 API ,可以参考官网网址 。

4.3 建立机器学习模型并评估

4.3.1 建立模型
from time import timefrom sklearn.metrics import f1_scoredef train_classifier(clf, X_train, y_train):    ''' 训练模型 '''    # 记录训练时长    start = time()    clf.fit(X_train, y_train)    end = time()    print("训练时间 {:.4f} 秒".format(end - start))def predict_labels(clf, features, target):    ''' 使用模型进行预测 '''    # 记录预测时长    start = time()    y_pred = clf.predict(features)    end = time()    print("预测时间 in {:.4f} 秒".format(end - start))    return f1_score(target, y_pred, pos_label=1), sum(target == y_pred) / float(len(y_pred))def train_predict(clf, X_train, y_train, X_test, y_test):    ''' 训练并评估模型 '''    # Indicate the classifier and the training set size    print("训练 {} 模型,样本数量 {}。".format(clf.__class__.__name__, len(X_train)))    # 训练模型    train_classifier(clf, X_train, y_train)    # 在测试集上评估模型    f1, acc = predict_labels(clf, X_train, y_train)    print("训练集上的 F1 分数和准确率为: {:.4f} , {:.4f}。".format(f1 , acc))    f1, acc = predict_labels(clf, X_test, y_test)    print("测试集上的 F1 分数和准确率为: {:.4f} , {:.4f}。".format(f1 , acc))
4.3.2 分别初始化,训练和评估模型
import xgboost as xgbfrom sklearn.linear_model import LogisticRegressionfrom sklearn.svm import SVC# 分别建立三个模型clf_A = LogisticRegression(random_state = 42)clf_B = SVC(random_state = 42, kernel='rbf',gamma='auto')clf_C = xgb.XGBClassifier(seed = 42)train_predict(clf_A, X_train, y_train, X_test, y_test)print('')train_predict(clf_B, X_train, y_train, X_test, y_test)print('')train_predict(clf_C, X_train, y_train, X_test, y_test)print('')
训练 LogisticRegression 模型,样本数量 3675。训练时间 0.0050 秒预测时间 in 0.0010 秒训练集上的 F1 分数和准确率为: 0.6232 , 0.6648。预测时间 in 0.0010 秒测试集上的 F1 分数和准确率为: 0.6120 , 0.6457。训练 SVC 模型,样本数量 3675。训练时间 0.5755 秒预测时间 in 0.3620 秒训练集上的 F1 分数和准确率为: 0.6152 , 0.6746。预测时间 in 0.1486 秒测试集上的 F1 分数和准确率为: 0.5858 , 0.6400.训练 XGBClassifier 模型,样本数量 3675. . .训练时间 0.4079 秒预测时间 in 0.0110 秒训练集上的 F1 分数和准确率为: 0.6652 , 0.7067.预测时间 in 0.0060 秒测试集上的 F1 分数和准确率为: 0.5844 , 0.6279。

通过运行结果,我们发现:

  • 在训练时间上,逻辑回归耗时最短,XGBoost 耗时最长,为 2 秒多。
  • 在预测时间上,逻辑回归耗时最短,支持向量机耗时最长。
  • 在训练集上 F1 分数方面,**XGBoost **得分最高,支持向量机得分最低,但是差距不是很大。
  • 在训练集上准确率方面分析,XGBoost得分最高,逻辑回归最低。
  • 在测试集上 F1 分数方面分析,逻辑回归的最好,其余两个模型基本相等,相对较低。
  • 在测试集上准确率方面分析,逻辑回归支持向量机 2 个模型基本相等,稍微比 XBGoost 高一点。

4.4 超参数调整

我们使用 sklearn 的 GridSearch 来进行超参数调参。

from sklearn.model_selection import GridSearchCVfrom sklearn.metrics import make_scorerimport xgboost as xgb# 设置想要自动调参的参数parameters = { 'n_estimators':[90,100,110],               'max_depth': [5,6,7],             }# 初始化模型clf = xgb.XGBClassifier(seed=42)f1_scorer = make_scorer(f1_score,pos_label=1)# 使用 grdi search 自动调参grid_obj = GridSearchCV(clf,                        scoring=f1_scorer,                        param_grid=parameters,                        cv=5)grid_obj = grid_obj.fit(X_train,y_train)# 得到最佳的模型clf = grid_obj.best_estimator_# print(clf)# 查看最终的模型效果f1, acc = predict_labels(clf, X_train, y_train)print("F1 score and accuracy score for training set: {:.4f} , {:.4f}。".format(f1 , acc))f1, acc = predict_labels(clf, X_test, y_test)print("F1 score and accuracy score for test set: {:.4f} , {:.4f}。".format(f1 , acc))
预测时间 in 0.0368 秒F1 score and accuracy score for training set: 0.7991 , 0.8201。预测时间 in 0.0149 秒F1 score and accuracy score for test set: 0.5702 , 0.6133。

4.5 保存模型和加载模型

然后我们可以把模型保存下来,以供以后使用。

import joblib#保存模型joblib.dump(clf, 'xgboost_model.model')#读取模型xgb = joblib.load('xgboost_model.model')
# 然后我们尝试来进行一个预测sample1 = X_test.sample(n=5, random_state=2)y_test_1 = y_test.sample(n=5, random_state=2)print(sample1)# 进行预测y_pred = xgb.predict(sample1)print("实际值:%s \n预测值:%s"%(y_test_1.values,y_pred))
          HTGD      ATGD  HM1_D  HM1_L  HM1_W  AM1_D  AM1_L  AM1_W  HM2_D  \70    0.189646 -1.088217      0      0      1      0      1      0      0   5529 -0.668332 -0.901190      0      1      0      1      0      0      0   4297 -0.702311 -0.136082      0      1      0      0      1      0      0   5230 -0.654740 -1.302447      0      0      1      0      1      0      0   1307  1.438387 -0.269101      1      0      0      0      0      1      0         HM2_L  HM2_W  AM2_D  AM2_L  AM2_W  HM3_D  HM3_L  HM3_W  AM3_D  AM3_L  \70        0      1      0      1      0      1      0      0      1      0   5529      0      1      0      1      0      1      0      0      0      1   4297      1      0      0      1      0      1      0      0      1      0   5230      1      0      1      0      0      0      1      0      0      1   1307      0      1      0      0      1      1      0      0      0      0         AM3_W  70        0  5529      0  4297      0  5230      0  1307      1  实际值:[0 0 1 1 1]预测值:[1 0 1 1 1]

通过以上,我们从 test 数据集中随机挑选5个,预测值跟实际值相同的有 4 个,考虑到我们准确率不高,能够得到这个结果来说还是比较幸运的。

5. 总结与展望

通过该文章,您应该初步熟悉数据挖掘与分析和机器学习的流程,了解监督学习中逻辑回归模型,支持向量机模型和 XGBoost 模型的基本思想,熟悉机器学习库 Pandas、Scikit-Learn、Searbon、XGBoost、joblib 的基本使用。

需要注意的是:如果您未使用 MO 平台,可能还需要安装 XGBoost、SKlearn 等第三方库,目前 Mo 平台已安装常用的机器学习相关的库,可以省去您安装开发平台的时间;另外,数据集也已在平台公开,可以直接导入。目前对于主流的机器学习库的相关资料,我们总结如下:

  • Python安装
  • Anaconnda:下载地址
  • IDE:Pycharm下载地址
  • Anaconda+Jupyter notebook+Pycharm:安装教程
  • 机器学习工具资料:
  • Numpy: 官方文档
  • Numpy: 中文文档
  • Pandas: 官方文档
  • Pandas: 中文文档
  • Matplotlib: 官方文档
  • Matplotlib: 中文文档
  • Scikit-Learn: 官方文档
  • Scikit-Learn: 中文文档

目前我们模型的准确率还不是很高,还可以进一步的改进我们的模型,这里我们提供一下解决思路:

  • 1、获取更多的数据或者使用更多的特征;
  • 2、对数据集进行交叉验证方式处理;
  • 3、可以对以上模型深入处理或者采用模型融合技术等;
  • 4、分析参赛球员的踢球技术信息和健康信息等;
  • 5、采用更全面的模型评估机制,目前我们仅仅考虑了准确率和 F1 分数,可以进一步考虑 ROCAUC 曲线等。

我们已经将以上内容整理成机器学习实战相关课程,您可以在网站 训练营实战教程 中选择 监督学习-分析和预测足球比赛结果 进行实操学习。您在学习的过程中,发现我们的错误或者遇到难题,可以随时联系我们。


Mo(网址:momodel.cn)是一个支持 Python 的人工智能在线建模平台,能帮助你快速开发、训练并部署模型。


Mo 人工智能俱乐部 是由网站的研发与产品设计团队发起、致力于降低人工智能开发与使用门槛的俱乐部。团队具备大数据处理分析、可视化与数据建模经验,已承担多领域智能项目,具备从底层到前端的全线设计开发能力。主要研究方向为大数据管理分析与人工智能技术,并以此来促进数据驱动的科学研究。

目前俱乐部每周六在杭州举办以机器学习为主题的线下技术沙龙活动,不定期进行论文分享与学术交流。希望能汇聚来自各行各业对人工智能感兴趣的朋友,不断交流共同成长,推动人工智能民主化、应用普及化。

欢迎进入公众号:MomodelAI;也可添加管理员微信:Hellomnist 进入AI俱乐部。


本文首发于 GitChat,未经授权不得转载,转载需与 GitChat 联系。

阅读全文: http://gitbook.cn/gitchat/activity/5cb9752d5f75cc777e4c27a9

您还可以下载 CSDN 旗下精品原创内容社区 GitChat App , GitChat 专享技术内容哦。

采用 Python 机器学习预测足球比赛结果相关推荐

  1. 【Mo 人工智能技术博客】采用 Python 机器学习预测足球比赛结果

    采用 Python 机器学习预测足球比赛结果 足球是世界上最火爆的运动之一,世界杯期间也往往是球迷们最亢奋的时刻.比赛狂欢季除了炸出了熬夜看球的铁杆粉丝,也让足球竞猜也成了大家茶余饭后最热衷的话题.甚 ...

  2. python模型预测足球_采用 Python 机器学习预测足球比赛结果!买谁赢就谁赢!

    采用 Python 机器学习预测足球比赛结果 足球是世界上最火爆的运动之一,世界杯期间也往往是球迷们最亢奋的时刻.比赛狂欢季除了炸出了熬夜看球的铁杆粉丝,也让足球竞猜也成了大家茶余饭后最热衷的话题.甚 ...

  3. 机器学习预测足球比赛项目——FootBallPrediction

    附: 2020年6月已形成软件,感兴趣朋友联系文末微信获取软件和源码. FBP项目#人工智能 从2017年到现在整整3年了,目前项目生命力很强,也初步完成了一些目标,但对于足球领域人工智能NO.1的愿 ...

  4. 《Python机器学习——预测分析核心算法》——2.2 分类问题:用声纳发现未爆炸的水雷...

    本节书摘来异步社区<Python机器学习--预测分析核心算法>一书中的第2章,第2.2节,作者:[美]Michael Bowles(鲍尔斯),更多章节内容可以访问云栖社区"异步社 ...

  5. python模型预测_《Python机器学习——预测分析核心算法》——1.5 构建预测模型的流程...

    本节书摘来异步社区<Python机器学习--预测分析核心算法>一书中的第1章,第1.5节,作者:[美]Michael Bowles(鲍尔斯),更多章节内容可以访问云栖社区"异步社 ...

  6. python分类预测_《Python机器学习——预测分析核心算法》——2.6 多类别分类问题:它属于哪种玻璃...

    本节书摘来异步社区<Python机器学习--预测分析核心算法>一书中的第2章,第2.6节,作者:[美]Michael Bowles(鲍尔斯),更多章节内容可以访问云栖社区"异步社 ...

  7. 【数据博彩】如何使用大数据机器学习预测NBA比赛结果?

    引言 伴随着大数据时代的来临,机器学习.深度学习.人工智能等越来越多的出现在我们的视野中,数据技术正在颠覆着包括体育和博彩在内的各行各业,本文着手于使用大数据机器学习预测NBA比赛结果,希望给相关行业 ...

  8. python机器学习预测_使用Python和机器学习预测未来的股市趋势

    python机器学习预测 Note from Towards Data Science's editors: While we allow independent authors to publish ...

  9. 《Python机器学习——预测分析核心算法》——2.4 基于因素变量的实数值预测:鲍鱼的年龄...

    本节书摘来异步社区<Python机器学习--预测分析核心算法>一书中的第2章,第2.4节,作者:[美]Michael Bowles(鲍尔斯),更多章节内容可以访问云栖社区"异步社 ...

  10. 《Python机器学习——预测分析核心算法》——2.5 用实数值属性预测实数值目标:评估红酒口感...

    本节书摘来异步社区<Python机器学习--预测分析核心算法>一书中的第2章,第2.5节,作者:[美]Michael Bowles(鲍尔斯),更多章节内容可以访问云栖社区"异步社 ...

最新文章

  1. npm ERR! code ELIFECYCLE npm ERR! errno 1 npm ERR! iview-admin@2.0.0 dev: `vue-cli-service serve
  2. c++起始(名词修饰,extern “C” ,引用)
  3. Taro+react开发(45)taro中组件生命周期
  4. 《机器学习实战》笔记(03):决策树
  5. 配置phoenix连接hbase_使用 Phoenix-4.11.0连接 Hbase 集群 ,并使用 JDBC 查询测试
  6. JS中定时器的返回数值ID值
  7. C++--第4课 - 函数的升级-下
  8. vue项目中打包的相关配置问题
  9. react PC端 适配 自适应
  10. VLC保存网络流视频
  11. Word打字很卡顿 Office打字时反应慢 延迟 Excel输入迟钝 PPT卡死的终极解决办法大全(24种方法)
  12. 《游戏设计艺术(第2版)》——学习笔记(24)第24章 其他玩家有时会形成社群
  13. Android Studio导入工程项目一直处于gradle....而且一直卡在这个页面
  14. 机器学习算法/模型——支持向量机
  15. 网站被百度网址安全中心 警告 该怎么取消拦截提示
  16. 快充技术及电源IC芯片的浅显认识
  17. 复制指定目录包括子目录下的所有指定类型的文件
  18. Android 蓝牙开发底层的几种协议介绍
  19. 基于AUTOSAR开发工具链的AUTOSAR软件实战开发
  20. Doom3 - Begin

热门文章

  1. vue条形码,二维码,打印总结分享
  2. 三相桥式全控整流电路simulink仿真_维修电工高级仿真-教学软件
  3. BN层和Dropout层
  4. 0基础入门VTD-实操静态道路建模1
  5. Wordnet 与 Hownet 比较
  6. CGJ02、BD09、西安80、北京54、CGCS2000常用坐标系详解
  7. Netspark自动批量扫描powershell脚本
  8. Xshell7免费版详细下载安装教程
  9. ACCESS实例1——简易文档管理器
  10. excel2010文件转换为 dbf 格式文件