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Python机器学习使用网格搜索优化参数的完整方法说明【教程】

舞姬之光

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发布时间:2025-12-18 17:25:46

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来源于php中文网

原创

网格搜索是系统化穷举指定参数组合、结合交叉验证评估并自动选出最优超参数的方法;其核心在于合理定义参数空间、调用GridSearchCV执行搜索,并通过best_params_等属性获取结果。

python机器学习使用网格搜索优化参数的完整方法说明【教程】

网格搜索(Grid Search)是机器学习中调参最常用、最可靠的方法之一,它通过穷举所有指定参数组合,在交叉验证下评估模型性能,自动选出最优参数。关键不是“全试”,而是“有策略地穷举”——你得先明确哪些参数重要、取值范围是否合理、计算资源能否承受。

一、准备基础模型和参数空间

选好你要优化的模型(比如 RandomForestClassifierSVC),再列出真正影响性能的超参数。别一股脑把所有参数都塞进去——参数越多,组合爆炸越快。例如随机森林,通常重点调 n_estimatorsmax_depthmin_samples_split 就够了;SVM 则优先关注 Cgamma

参数空间用字典定义,支持列表或 scikit-learn 提供的分布类(如 LogUniform),但标准网格搜索只认列表:

param_grid = {
    'n_estimators': [100, 200, 300],
    'max_depth': [3, 5, 7, None],
    'min_samples_split': [2, 4, 6]
}

二、套用 GridSearchCV 进行搜索

核心是 GridSearchCV 类:它封装了训练、交叉验证、评分、结果汇总全过程。注意几个关键参数:

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  • cv:建议用 StratifiedKFold(n_splits=5)(分类)或 KFold(回归),比默认的 5 折更稳定
  • scoring:明确指定评估指标,如 'f1''roc_auc''neg_mean_squared_error';多指标可用列表,但 refit 需指定主指标
  • n_jobs:设为 -1 能自动用满 CPU 核心,大幅提速(尤其参数组合多时)
  • verbose:设为 12 可看实时进度,避免干等

示例代码:

from sklearn.model_selection import GridSearchCV
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier

model = RandomForestClassifier(random_state=42)
grid = GridSearchCV(
    model,
    param_grid,
    cv=5,
    scoring='f1',
    n_jobs=-1,
    verbose=1
)
grid.fit(X_train, y_train)

三、查看与使用最优结果

拟合完成后,grid.best_params_ 给出最优参数字典,grid.best_score_ 是对应交叉验证平均分,grid.best_estimator_ 是已用最优参数重新训练好的完整模型,可直接用于预测:

print("最优参数:", grid.best_params_)
print("CV 得分:", grid.best_score_)

y_pred = grid.best_estimator_.predict(X_test)

还想看全部组合表现?访问 grid.cv_results_——它是个字典,含 'param_n_estimators''mean_test_score''std_test_score' 等键,转成 DataFrame 更方便分析:

import pandas as pd
results = pd.DataFrame(grid.cv_results_)
results[['param_max_depth', 'param_n_estimators', 'mean_test_score', 'std_test_score']]
    .sort_values('mean_test_score', ascending=False)

四、实用技巧与避坑提醒

  • 先粗后细:首轮用大步长(如 C=[0.1, 1, 10]),找到大致区间后再缩窄(如 C=[0.5, 1, 2]
  • 慎用 None 值:像 max_depth=None 会禁用剪枝,可能严重过拟合,建议换成一个合理上限(如 20)
  • 类别不平衡时,别只看准确率:改用 scoring='f1_weighted' 或自定义 scorer
  • 内存/时间吃紧?换 RandomizedSearchCV —— 它采样而非穷举,效果接近且快得多
  • 训练集太小?减少 cv 折数(如 3 折),或改用 LeaveOneOut(仅限极小样本)

基本上就这些。网格搜索不复杂,但容易忽略参数意义和数据特性。跑之前多想一步“这个参数真会影响泛化吗”,比盲目加参数更有效。

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