Gevoeligheidsanalyse

Monte Carlo-simulaties in Python

Izzy Weber

Curriculum Manager, DataCamp

Gevoeligheidsanalyse

Helpt de impact van de invoerbereiken te begrijpen
Laat patronen of trends zien in tabellen of plots

Als we de waarden voor bmi en hdl verhogen of verlagen met een Monte Carlo-simulatie, hoe veranderen dan de voorspelde y-waarden (ziekteprogressie)?

Parameters definiëren

cov_dia = dia[["age", "bmi", "bp", "tc", "ldl", "hdl", "tch", "ltg", "glu"]].cov()
mean_dia = dia[["age", "bmi", "bp", "tc", "ldl", "hdl", "tch", "ltg", "glu"]].mean()

De simulatiefunctie definiëren

def simulate_bmi_hdl(cov_dia, mean_list):

    list_ys = []
    for i in range(50):
        simulation_results = st.multivariate_normal.rvs(mean=mean_list, 
                                                        size=500, cov=cov_dia)
        df_results = pd.DataFrame(simulation_results, 
                                  columns=["age","bmi","bp","tc","ldl","hdl","tch","ltg","glu"])
        predicted_y = regr_model.predict(df_results)
        df_y = pd.DataFrame(predicted_y, columns=["predicted_y"])
        df_summary = pd.concat([df_results, df_y], axis=1)
        y = np.mean(df_summary["predicted_y"]) 
        list_ys.append(y)

    return(np.mean(list_ys))

Simulaties uitvoeren met een bereik aan invoerparameters

hdl = []
bmi = []
simu_y = []
for mean_hdl_inc in np.arange(-20, 50, 30): 
    for mean_bmi_inc in np.arange(-7, 11, 3):

        mean_list = mean_dia + np.array([0, mean_bmi_inc, 0, 0, 0, mean_hdl_inc, 0, 0, 0])
        hdl.append(mean_hdl_inc)
        bmi.append(mean_bmi_inc)

        mean_y = simulate_bmi_hdl(cov_dia, mean_list)

        simu_y.append(mean_y)

df_sa = pd.concat([pd.Series(hdl), pd.Series(bmi), pd.Series(simu_y)], axis=1)

df_sa.columns = ["hdl_inc", "bmi_inc", "y"]

Gestylede DataFrames van resultaten gevoeligheidsanalyse

df_sa.sort_values(by=['hdl_inc', 'bmi_inc']).pivot(index='hdl_inc',
                                             columns='bmi_inc',
                                             values='y').style.background_gradient(
                                             cmap=sns.light_palette("red", as_cmap=True))

De df_sa na sorteren, pivotten en stylen

Hexbin-plot voor resultaten van gevoeligheidsanalyse

df_sa.plot.hexbin(x='hdl_inc',y='bmi_inc', C='y',
                    reduce_C_function=np.mean,
                    gridsize=10, cmap="viridis",
                    sharex=False)

Een hexbin van df_sa

Hexbin-plot voor een dense parameterspace

Laten we oefenen!

Monte Carlo-simulaties in Python