用python+sklearn(机器学习)实现天气预报数据 模型和使用

用python+sklearn机器学习实现天气预报 模型和使用

• 项目地址
• 系列教程
• 0.前言
• 1.建立模型
• • a.准备
  • • 引入所需要的头文件
    • 选择模型
    • 选择评估方法
    • 获取数据集
  • b.建立模型
  • c.获取模型评估结果
  • d.用joblib模块保存模型
  • e.封装
• 2.总控
• • 代码
  • 使用方法
• 3.最后效果

项目地址

github项目:PYWeatherReport

系列教程

机器学习参考篇: python+sklearn+kaggle机器学习
用python+sklearn(机器学习)实现天气预报 准备
用python+sklearn(机器学习)实现天气预报数据 数据
用python+sklearn(机器学习)实现天气预报 模型和使用

0.前言

在上一篇教程里我们已经获取了所需要的全部数据，包括训练数据集和测试数据集，使用ProcessData()调用，所以接下来写模型的建立和预测

1.建立模型

没段代码在文章后面都会整合成一段，分段展示只是便于阅读

a.准备

引入所需要的头文件

from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor # 随机树森林模型
import joblib # 保存模型为pkl
from sklearn.metrics import mean_absolute_error # MAE评估方法
from ProcessData import ProcessData # 取数据

选择模型

首先我们先要从模型里选择一项适合这次场景的模型，比如从决策树，随机树森林，RGB模型等等中选择，本处选用的随机树森林也就是RandomForest

选择评估方法

目前有许多的模型准确率评估方法，本处使用的是MAE，也就是mean_absolute_error 平均错误数值，就每个预测的数值离正确数值错误数值的平均数

获取数据集

这次可以从ProcessData()获取到全部的被预处理后的数据，如

# 取到数据
    [X_train, X_valid, y_train, y_valid, X_test] = ProcessData()

b.建立模型

	# 用XGB模型，不过用有bug
    # modelX = XGBRegressor(n_estimators=1000, learning_rate=0.05, random_state=0, n_jobs=4)
    # # model.fit(X_train_3, y_train_3)
    # # model.fit(X_train_2, y_train_2)
    # col = ["Ave_t", "Max_t", "Min_t", "Prec","SLpress", "Winddir", "Windsp", "Cloud"]
    # modelX.fit(X_train, y_train,
    #           early_stopping_rounds=5,
    #           eval_set=[(X_valid, y_valid)],
    #           verbose=False)
    # 随机树森林模型
    model = RandomForestRegressor(random_state=0, n_estimators=1001)
    # 训练模型
    model.fit(X_train, y_train)

其中n_estimators是可自己选的，不过在多次调试后得到1001是MAE最优

c.获取模型评估结果

	# 用MAE评估
    score = mean_absolute_error(y_valid, preds)

d.用joblib模块保存模型

保存后的模型便于传播即可多次使用，但当前环境下的需求不大但我还是写了

    # 保存模型到本地
    joblib.dump(model, a)

e.封装

GetModel.py

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time: 2020/12/16
# @Author: Eritque arcus
# @File: GetModel.py
from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor
import joblib
from sklearn.metrics import mean_absolute_error
from ProcessData import ProcessData

# 训练并保存模型
def GetModel(a="Model.pkl"):
    """
    :param a: 模型文件名
    :return:
        [socre: MAE评估结果,
        X_test: 预测数据集]
    """
    # 取到数据
    [X_train, X_valid, y_train, y_valid, X_test] = ProcessData()
    # 用XGB模型，不过用有bug
    # modelX = XGBRegressor(n_estimators=1000, learning_rate=0.05, random_state=0, n_jobs=4)
    # # model.fit(X_train_3, y_train_3)
    # # model.fit(X_train_2, y_train_2)
    # col = ["Ave_t", "Max_t", "Min_t", "Prec","SLpress", "Winddir", "Windsp", "Cloud"]
    # modelX.fit(X_train, y_train,
    #           early_stopping_rounds=5,
    #           eval_set=[(X_valid, y_valid)],
    #           verbose=False)
    # 随机树森林模型
    model = RandomForestRegressor(random_state=0, n_estimators=1001)
    # 训练模型
    model.fit(X_train, y_train)
    # 预测模型，用上个星期的数据
    preds = model.predict(X_valid)
    # 用MAE评估
    score = mean_absolute_error(y_valid, preds)
    # 保存模型到本地
    joblib.dump(model, a)
    # 返回MAE
    return [score, X_test]

2.总控

代码

这几篇文章写了零零散散好几个类，所以要写个总文件也就是启动文件串起来，然后在控制台输出
Main.py

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time: 2020/12/16
# @Author: Eritque arcus
# @File: Main.py
import joblib
import datetime as DT
from GetModel import GetModel
import matplotlib.pyplot as plt

# 训练并保存模型并返回MAE
r = GetModel()
print("MAE:", r[0])
# 读取保存的模型
model = joblib.load('Model.pkl')

# 最终预测结果
preds = model.predict(r[1])
# 反归一化或标准化，不过出bug了，不用
# for cols in range(0, len(preds)):
#     preds[cols] = scaler.inverse_transform(preds[cols])
# sns.lineplot(data=preds)
# plt.show()
# 打印结果到控制台
print("未来7天预测")
print(preds)
all_ave_t = []
all_high_t = []
all_low_t = []
for a in range(1, 7):
    today = DT.datetime.now()
    time = (today + DT.timedelta(days=a)).date()
    print(time.year, '/', time.month, '/', time.day, ': 平均气温', preds[a][0], '最高气温', preds[a][1],
          '最低气温', preds[a][2], "降雨量", preds[a][3], "风力", preds[a][4])
    all_ave_t.append(preds[a][0])
    all_high_t.append(preds[a][1])
    all_low_t.append(preds[a][2])
temp = {"ave_t": all_ave_t, "high_t": all_high_t, "low_t": all_low_t}
# 绘画折线图
plt.plot(range(1, 7), temp["ave_t"], color="green", label="ave_t")
plt.plot(range(1, 7), temp["high_t"], color="red", label="high_t")
plt.plot(range(1, 7), temp["low_t"], color="blue", label="low_t")
plt.legend() # 显示图例
plt.ylabel("Temperature(°C)")
plt.xlabel("day")
# 显示
plt.show()

使用方法

直接用python运行pre_weather/Main.py，就会在控制台输出预测的数据

python pre_weather/Main.py

或

在你的python代码里用joblib导入生成的模型，然后输入你的数据进行预测

(PS: 因为模型的训练用的数据日期和你预测数据的日期有关，所以不建议直接用使用非当天训练的模型进行预测，误差可能偏大)

如以下代码(在Main.py的11行):

import joblib

# 读取保存的模型
model = joblib.load('Model.pkl')

# 最终预测结果
preds = model.predict(r[1])
其中，r[1]是预测数据

或

参考Main.py，自己写一个符合你需求的启动文件

3.最后效果

本系列教程到这就结束了，代码具体还要以github项目:PYWeatherReport为主，可能会在这个github项目上不定期优化更新
有问题可以在评论问问

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