PythonでGLMを当てはめるには?

Pythonで学ぶ一般化線形モデル

Ita Cirovic Donev

Data Science Consultant

statsmodels

  • statsmodelsのインポート

    import statsmodels.api as sm
    
  • フォーミュラの利用

    import statsmodels.formula.api as smf
    
  • glm() を直接使用

    from statsmodels.formula.api import glm
    
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モデル当てはめの流れ

  1. モデルを記述 $\rightarrow \texttt{\color{#007AFF}{glm()}}$
  2. モデルを当てはめ $\rightarrow \texttt{\color{#007AFF}{.fit()}}$
  3. モデルを要約 $\rightarrow \texttt{\color{#007AFF}{.summary()}}$
  4. 予測を作成 $\rightarrow \texttt{\color{#007AFF}{.predict()}}$
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モデルの記述

フォーミュラ方式

from statsmodels.formula.api import glm
model = glm(formula, data, family)

配列方式

import statsmodels.api as sm
X = sm.add_constant(X)
model = sm.glm(y, X, family)
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Formula引数

$$\texttt{\color{#00A388}{response}} \sim \texttt{\color{#FF6138}{explanatory variable(s)}}$$ $$\texttt{\color{#00A388}{output}} \sim \texttt{\color{#FF6138}{input(s)}}$$

formula = 'y ~ x1 + x2'
  • $\texttt{\color{#FF6138}{C(x1)}}$ : x1をカテゴリ変数として扱う
  • $\texttt{\color{#FF6138}{-1}}$ : 切片を除く
  • $\texttt{\color{#FF6138}{x1:x2}}$ : x1x2の交互作用のみ
  • $\texttt{\color{#FF6138}{x1*x2}}$ : 交互作用+各主効果
  • $\texttt{\color{#FF6138}{np.log(x1)}}$ : ベクトル化関数を適用
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Family引数

family = sm.families.____()

family関数:

  • $\texttt{\color{#007AFF}{Gaussian}(link = sm.families.links.\color{deeppink}{identity()})}$ $\rightarrow$ 既定のfamily
  • $\texttt{\color{#007AFF}{Binomial}(link = sm.families.links.\color{deeppink}{logit()})}$
    • $\texttt{\color{deeppink}{probit()}}$, $\texttt{\color{deeppink}{cauchy()}}$, $\texttt{\color{deeppink}{log()}}$, $\texttt{\color{deeppink}{cloglog()}}$
  • $\texttt{\color{#007AFF}{Poisson}(link = sm.families.links.\color{deeppink}{log()})}$
    • $\texttt{\color{deeppink}{identity()}}$, $\texttt{\color{deeppink}{sqrt()}}$

他の分布familyはstatsmodelsのサイトを参照。

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モデルの要約

print(model_GLM.summary())
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                 Generalized Linear Model Regression Results                  
=============================================================================
Dep. Variable:                      y  No. Observations:                  173
Model:                            GLM  Df Residuals:                      171
Model Family:                Binomial  Df Model:                            1
Link Function:                  logit  Scale:                          1.0000
Method:                          IRLS  Log-Likelihood:                -97.226
Date:                Mon, 21 Jan 2019  Deviance:                       194.45
Time:                        11:30:01  Pearson chi2:                     165.
No. Iterations:                     4  Covariance Type:             nonrobust
=============================================================================
                 coef    std err         z      P>|z|      [0.025      0.975]
-----------------------------------------------------------------------------
Intercept    -12.3508      2.629    -4.698      0.000     -17.503      -7.199
width          0.4972      0.102     4.887      0.000       0.298       0.697
=============================================================================
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回帰係数

$\texttt{\color{#007AFF}{.params}}$ は回帰係数を表示

model_GLM.params
Intercept   -12.350818
width         0.497231
dtype: float64

$\texttt{\color{#007AFF}{.conf\_int(alpha=0.05, cols=None)}}$ は信頼区間を表示

model_GLM.conf_int()
                   0         1
Intercept -17.503010 -7.198625
width       0.297833  0.696629
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予測

  • 予測用データに全ての変数を含める
  • $\texttt{\color{#007AFF}{.predict(\color{#FF931B}{test\_data})}}$ で予測を計算
model_GLM.predict(test_data)
0    0.029309
1    0.470299
2    0.834983
3    0.972363
4    0.987941
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