目的
sklearn準拠のライブラリを開発する際に、細かいメソッドで分からない点に出くわす。 sklearnのドキュメントだけではわからないこともChatGPTなら教えてくれるはず。 職場で使うのが憚られるChatGPTさんの回答を予め聞いておきます。
記載内容が正しいかどうかはChatGPT次第です。
Prompt
[***について5000文字以内で、概要と使い方とポイントを教えて下さい。 不確定な情報は省き、確かな情報をお願いします]
sklearn.utils.Bunch
sklearn.utils.Bunchは、Scikit-learnライブラリで使用されるデータオブジェクトの1つであり、NumPy配列やPandas DataFrameなどの多次元データを格納するために使用されます。Bunchオブジェクトは、ディクショナリと非常に似ていますが、属性アクセスのためのドット表記法をサポートします。
Bunchオブジェクトは、Scikit-learnライブラリ内で使用されるデータセットや機能選択器、特徴量選択器などの多くの機能によって返されます。例えば、load_boston()関数を使用すると、Boston House PricesデータセットのBunchオブジェクトが返されます。
使い方は簡単です。Bunchオブジェクトを作成するには、辞書オブジェクトを作成し、それをBunch()コンストラクタに渡す必要があります。以下は、Bunchオブジェクトを作成する例です。
from sklearn.utils import Bunch
import numpy as np
data = Bunch(x=np.array([1, 2, 3]), y=np.array([4, 5, 6]))
上記の例では、xとyという2つのNumPy配列を持つBunchオブジェクトを作成しています。xとyは、それぞれ1から3までの数値と4から6までの数値を持つNumPy配列です。
作成されたBunchオブジェクトは、属性アクセスのためのドット表記法を使用して、xとyの配列にアクセスすることができます。
print(data.x) # [1 2 3]
print(data.y) # [4 5 6]
上記のコードでは、NumPy配列aを定義し、その最小値の位置を見つけるためにmin_pos関数を使用しています。この例では、配列内の最小値は1であり、その位置は3です。したがって、上記のコードは3を出力します。
ポイントとしては、この関数が配列内の最初の最小値の位置を返すため、NumPy配列内の最小値が複数ある場合でも、最初に見つかった最小値の位置が返されます。また、配列内に最小値が見つからない場合、この関数は-1を返します。
sklearn.utils.arrayfuncs.min_pos
sklearn.utils.arrayfuncs.min_posは、NumPy配列内の最小値を見つけ、その最小値の位置（インデックス）を返す関数です。返される位置は、配列内の最初の最小値の位置です。
この関数は、Scikit-learnパッケージの一部であり、Scikit-learnはPythonの機械学習ライブラリです。この関数は、配列内の最小値の位置を見つける必要がある場合に使用されます。例えば、機械学習の分類問題において、データセット内の最小値の位置を見つけることができます。
使い方は簡単です。この関数は、NumPy配列を引数に取ります。以下は、この関数を使用してNumPy配列内の最小値の位置を見つける簡単な例です。
import numpy as np
from sklearn.utils.arrayfuncs import min_pos
a = np.array([5, 2, 8, 1, 7, 4])
min_pos = min_pos(a)
print(min_pos)
上記のコードでは、NumPy配列aを定義し、その最小値の位置を見つけるためにmin_pos関数を使用しています。この例では、配列内の最小値は1であり、その位置は3です。したがって、上記のコードは3を出力します。
ポイントとしては、この関数が配列内の最初の最小値の位置を返すため、NumPy配列内の最小値が複数ある場合でも、最初に見つかった最小値の位置が返されます。また、配列内に最小値が見つからない場合、この関数は-1を返します。
sklearn.utils.as_float_array
scikit-learnのas_float_arrayは、NumPy配列をfloat型に変換する関数です。この関数は、配列が浮動小数点数でない場合にも動作します。また、欠損値NaNも、変換中に適切に処理されます。
as_float_arrayは、以下のようなシグネチャを持ちます。
as_float_array(X, copy=True, force_all_finite=True)
この関数は、以下の引数を受け取ります。
X: 変換対象の配列。NumPy配列または、サポートされた型のPythonオブジェクト（リスト、タプル、スカラー）を受け入れます。
copy: デフォルト値True。元の配列をコピーする場合にTrueを指定します。
force_all_finite: デフォルト値True。Trueの場合、NaNまたはinf値が含まれる場合に、例外を発生させます。
as_float_arrayは、XがNumPy配列である場合はそのまま返します。それ以外の場合、XをNumPy配列に変換し、float型に変換します。また、欠損値を適切に処理するために、NumPyのnan関数を使用してNaNに変換します。
以下は、as_float_arrayの例です。
import numpy as np
from sklearn.utils import as_float_array
X = np.array([1, 2, 3], dtype=int)
X_float = as_float_array(X)
print(X_float)
# 出力: [1. 2. 3.]
この例では、Xを整数型で作成しています。as_float_arrayを使用してfloat型に変換すると、配列の要素がfloat型になります。
as_float_arrayは、機械学習の前処理の中で広く使用されます。たとえば、データセットの前処理の一部として、特徴量データをfloat型に変換する場合に使用されます。また、force_all_finiteをTrueに設定して、欠損値を除外することもできます。
as_float_arrayを使用する際の注意点としては、Xが大きな配列である場合は、copyパラメータをTrueにすると、メモリ使用量が増加することがあることです。したがって、メモリ使用量に敏感な場合は、copyパラメータをFalseに設定して、オリジナルの配列を変更しないようにすることができます。
sklearn.utils.assert_all_finite
assert_all_finiteは、配列がNaNやinfなどの特殊な値を含まないことを検証するための関数です。この関数は、NumPy配列を入力とし、配列内にNaN、inf、または-infが含まれる場合、ValueError例外を発生させます。
以下は、assert_all_finiteのシグネチャです。
assert_all_finite(X, allow_nan=True, msg_dtype=None)
この関数は、以下の引数を受け取ります。
X: 検証対象の配列。NumPy配列または、サポートされた型のPythonオブジェクト（リスト、タプル、スカラー）を受け入れます。
allow_nan: デフォルト値True。Trueの場合、NaNを許容します。
msg_dtype: デフォルト値None。ValueError例外が発生した場合に表示されるメッセージのデータ型を指定します。
以下は、assert_all_finiteの例です。
import numpy as np
from sklearn.utils import assert_all_finite
X = np.array([1, 2, 3], dtype=int)
assert_all_finite(X)
# 出力: None
X = np.array([1, 2, np.inf], dtype=float)
assert_all_finite(X)
# ValueError: Input contains infinity or a value too large for dtype('float64').
この例では、最初の例で検証した整数型の配列には特殊な値が含まれていないため、assert_all_finiteは何も出力しません。2番目の例では、infを含む浮動小数点数の配列が入力され、assert_all_finiteはValueErrorを出力します。
assert_all_finiteは、データセットやモデルのトレーニング中に異常なデータを検出するために使用されます。この関数を使用することで、データの正当性を確認し、予期しない例外を防ぐことができます。
assert_all_finiteには、いくつかの注意点があります。まず、配列が大きい場合には、assert_all_finiteの呼び出しが時間がかかる場合があるため、効率的なデータの検証方法を検討する必要があります。また、allow_nanパラメータをTrueに設定して、NaNを許容することで、NaNが含まれるデータを扱うことができます。ただし、NaNが含まれる場合でも、値が意図しない形で計算に影響を与える可能性があるため、注意が必要です。最後に、msg_dtypeパラメータは、assert_all_finiteが発生させたValueError例外のメッセージのデータ型を指定するために使用されます。このパラメータは、メッセージのデータ型を明示的に指定する場合にのみ使用されます。デフォルト値はNoneで、メッセージは自動的に選択されます。
import numpy as np
from sklearn.utils import assert_all_finite
X = np.array([1, 2, np.inf], dtype=float)
assert_all_finite(X, msg_dtype='U10')
# ValueError: Input contains infinity or a value too large for dtype('float64')., msg_dtype='U10')
この例では、msg_dtypeパラメータを'U10'に設定して、ValueError例外のメッセージのデータ型を文字列に指定しています。指定されたデータ型が文字列であるため、メッセージには先頭の10文字しか含まれないことに注意してください。このパラメータは、通常はデフォルト値のままにしておくことが推奨されます。
assert_all_finiteは、scikit-learnパッケージのモジュールの一部であるため、scikit-learnをインストールすることで利用することができます。この関数は、データ分析や機械学習の分野で広く使用されています。データの前処理、特徴量エンジニアリング、モデル選択、モデルトレーニングなどのプロセスで、データの正当性を確認するために使用されます。assert_all_finiteを正しく使用することで、データの問題を特定し、解決することができます。
sklearn.utils.check_X_y
check_X_yは、入力データと目標値の形式をチェックして、問題があれば修正する関数です。この関数は、機械学習アルゴリズムに入力する前に、入力データと目標値を正しい形式に変換するために使用されます。check_X_yは、scikit-learnパッケージの一部であり、sklearn.utilsモジュールに含まれています。
check_X_y関数は、以下のように使用されます。
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.utils import check_X_y
X, y = load_iris(return_X_y=True)
X, y = check_X_y(X, y)
この例では、load_iris関数を使用して、Irisデータセットをロードし、return_X_y=Trueオプションを使用して、データセットをNumpy配列として返します。check_X_y関数は、Xとyを引数として受け取り、データをチェックして修正します。この例では、入力データと目標値は正しい形式であるため、何も変更されずに返されます。
check_X_y関数の主なポイントは、以下のとおりです。
入力データと目標値の形式をチェックして修正するために使用されます。
入力データと目標値は、Numpy配列、SciPyスパース行列、pandasデータフレームのいずれかである必要があります。
目標値は、クラスのラベルである必要があります。クラスのラベルは整数で表され、0からn_classes - 1までの範囲内にある必要があります。
入力データと目標値は、同じ数のサンプルを持っている必要があります。
入力データがNaNやInfを含む場合、エラーが発生します。
入力データの型は、デフォルトでfloat64に変換されます。この振る舞いは、dtypeパラメータを使用して変更できます。
check_X_y関数には、多くのオプションがあります。主なオプションは以下のとおりです。
ensure_min_samples：入力データの最小サンプル数を指定します。
ensure_min_features：入力データの最小特徴量数を指定します。
dtype：入力データのデータ型を指定します。デフォルトはfloat64です。
order：入力データのメモリ順序を指定します。デフォルトは'C'ですが、'F'や'A'などの他のオプションも使用できます。
copy：デフォルトでは、入力データは変更されません。copy=Trueに設定すると、入力データのコピーが作成されます。
force_all_finite：NaNやInfを含む入力データの場合にエラーを出すか、NaNやInfを有効な数値に置き換えます。デフォルトは'allow-nan'で、NaNが許容されます。
check_X_y関数は、入力データと目標値の形式が正しいことを確認するために使用される便利な関数です。この関数を使用することで、機械学習アルゴリズムに入力する前に、データの整形や前処理を行う必要がなくなります。また、エラーのデバッグが容易になるため、開発者にとっても非常に役立ちます。
sklearn.utils.check_array
check_arrayは、入力配列を確認し、エラーがあれば例外を発生させます。この関数は、入力配列を変換することもでき、オプションで欠損値や無限大を変換できます。また、2次元の配列を2次元のままにしておくか、1次元配列に変換するか選択できます。
使い方:
check_arrayはscikit-learnの大半のモジュールで使用されます。例えば、データの前処理において、入力データを確認する場合に使用されます。
基本的な使い方は以下の通りです。
from sklearn.utils import check_array
X = check_array(X, options)
ここで、Xは確認する配列、optionsはオプションのパラメータです。配列Xに対して問題がなければ、Xがそのまま返されます。エラーがある場合は、ValueErrorが発生します。
オプションには以下のものがあります。
dtype: 次元のデータ型を指定することができます。省略された場合、入力配列のデータ型がそのまま使われます。
order: 'C'か'F'で入力配列の要素の格納順序を指定することができます。省略された場合、入力配列の要素格納順序を使います。
force_all_finite: Trueに設定すると、欠損値や無限大をnanに置き換えます。デフォルトでは、欠損値や無限大はエラーを発生させます。
copy: Trueに設定すると、入力配列のコピーが返されます。デフォルトは、コピーを作成しません。
ensure_2d: Trueに設定すると、2次元配列を2次元のまま返します。デフォルトは、1次元配列を2次元配列に変換します。
X (配列形状 (n_samples, n_features)): チェックする入力データの配列。
dtype (オプション): データ型。デフォルトはNone。
order (オプション): 配列要素の格納順序。デフォルトは'C'。
force_all_finite (オプション): デフォルトはTrue。
copy (オプション): コピーの必要性を指定。デフォルトはFalse。
ensure_2d 入力データが2次元配列になっているかどうかを指定する。デフォルトはTrue。
allow_nd: 配列に対して1次元以上を許容するかどうかを指定する。デフォルトはFalse。
ensure_min_samples: 最小サンプル数を指定する。デフォルトは1。
ensure_min_features: 最小特徴量数を指定する。デフォルトは1。
y_dtype: yがある場合、yのデータ型を指定する。デフォルトはnp.float64。
from sklearn.utils import check_array
# 入力データの作成
data = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
# 入力データの検証
X = check_array(data)
print(X)
出力結果：
array([[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
[7, 8, 9]])
この例では、check_arrayは入力データを検証し、NumPyの2次元配列に変換しています。デフォルト設定で、check_arrayは2次元配列に変換し、行列の要素が欠損している場合はエラーを発生させます。
from sklearn import datasets
from sklearn.utils import check_array
# irisデータセットをロードする
iris = datasets.load_iris()
X = iris.data
y = iris.target
# Xを正しく変換できることを確認する
X_checked = check_array(X)
print(X_checked.shape)
# yを変換する際にエラーが発生することを示す例
try:
y_checked = check_array(y)
except ValueError as e:
print(e)
sklearn.utils.check_scalar
sklearn.utils.check_scalarは、入力がスカラー値かどうかをチェックし、スカラー値でない場合はエラーを出力します。スカラー値とは、値が1つしかない数値またはブール値のことです。この関数は、機械学習モデルの入力として受け取ることができるスカラー値のチェックに使用されます。
sklearn.utils.check_scalar(value, name, target_type=None)
パラメータ
value: チェックする値
name: チェックする値の名前
target_type: チェックする値の型。デフォルトはNoneで、値の型がfloat, int, np.numberのいずれかであることをチェックします。
from sklearn.utils import check_scalar
# int型のスカラー値をチェックする例
check_scalar(5, name='example', target_type=int)
# 出力：None
# float型のスカラー値をチェックする例
check_scalar(2.5, name='example', target_type=float)
# 出力：None
# リストをチェックする例
check_scalar([1,2,3], name='example', target_type=int)
# 出力：ValueError: The parameter 'example' must be a scalar value, but got [1, 2, 3] instead.
# 文字列をチェックする例
check_scalar('example', name='example', target_type=str)
# 出力：ValueError: The parameter 'example' must be a scalar value, but got example instead.
このように、スカラー値以外の値が与えられた場合は、ValueErrorが発生します。target_typeを指定することで、チェックする型を指定することができます。指定しなかった場合、float, int, np.numberのいずれかであることをチェックします。
sklearn.utils.check_consistent_length
check_consistent_lengthは、複数の配列（リストやNumPy配列など）が与えられた場合に、それらの配列の要素数がすべて同じであることを検証するために使用されるユーティリティ関数です。主に機械学習のモデルや評価指標の入力値の検証に使用されます。要素数が同じでない場合は、例外が発生します。
from sklearn.utils.validation import check_consistent_length
check_consistent_length(array1, array2, array3, ...)
引数には検証する配列を指定します。引数に指定された配列の要素数が全て同じ場合は何も起こりませんが、異なる場合はValueErrorが発生します。
パラメータ
check_consistent_lengthには以下のパラメータがあります。
arrays: 検証する複数の配列。必須。
return_length: bool, default=False。Trueに設定すると、配列の長さを返します。これは、配列の長さが同じであることが証明された場合に使用できます。
例
以下の例では、2つの配列が与えられています。check_consistent_lengthを使用して、これら2つの配列が同じ長さであることを確認します。
from sklearn.utils.validation import check_consistent_length
a = [1, 2, 3, 4]
b = [5, 6, 7, 8]
check_consistent_length(a, b)
出力結果は何もありません。
以下の例では、2つの配列が与えられています。check_consistent_lengthを使用して、これら2つの配列が同じ長さであることを確認します。ただし、2つの配列の長さが異なるため、ValueErrorが発生します。
from sklearn.utils.validation import check_consistent_length
a = [1, 2, 3, 4]
b = [5, 6, 7]
check_consistent_length(a, b)
出力結果は以下の通りです。
ValueError: Found arrays with inconsistent numbers of samples: [4, 3]
注意点
check_consistent_lengthは、最初の引数に検証する配列を複数渡す必要があります。
一部の機能は、要素数を自動的にチェックするため、check_consistent_lengthを使用する必要がない場合があります。