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Mit einer Linie etwas vorhersagen

Nach dieser Lektion: Ich kann mit einer Ausgleichsgeraden eine Vorhersage machen und ihren Fehler prüfen.

Lektion, 45 Min.2 BefehleJupyterLab-Lab für Data Science: pandas, Matplotlib und scikit-learn im Browser

Wie viele Räder braucht der Verleih morgen?

Morgen sollen 20 Grad warm werden. Der Fahrradverleih will wissen, wie viele Räder er bereitstellt.

Aus den Daten des letzten Jahres kannst du eine Linie ziehen und an ihr ablesen, was bei 20 Grad zu erwarten ist. Das ist eine Vorhersage.

Am Ende dieser Lektion

Notiz

Ich kann mit einer Ausgleichsgeraden eine Vorhersage machen und ihren Fehler prüfen.

Schlüsselwörter

BegriffWas er bedeutet
Vorhersageein Wert, den man aus Daten für einen neuen Fall schätzt
Ausgleichsgeradedie Gerade, die möglichst nah an allen Punkten liegt
Steigungum wie viel der Wert steigt, wenn x um eins wächst
Fehlerder Abstand zwischen Vorhersage und wahrem Wert
TestdatenDaten, die beim Lernen zurückgehalten und nur zum Prüfen benutzt werden

Die Zellen, die Lernende ausfüllen, bleiben in dieser Vorschau leer.

Was ist eine Ausgleichsgerade?

Im Streudiagramm liegen die Punkte nie genau auf einer Linie. Eine Ausgleichsgerade läuft so mitten hindurch, dass alle Punkte zusammen möglichst nah an ihr liegen.

Die Gerade hat zwei Zahlen. Die Steigung sagt, wie viel y pro Schritt von x wächst. Der Achsenabschnitt sagt, wo die Gerade bei x gleich null liegt.

Beispiel: eine Vorhersage mit der Geraden

SchrittRechnungErgebnis
Die GeradeLeihen = Steigung mal Grad plus AchsenabschnittSteigung 11, Achsenabschnitt 150
Bei 10 Grad11 mal 10 plus 150260 Leihen
Bei 20 Grad11 mal 20 plus 150370 Leihen
Zwei Grad mehr11 mal 222 Leihen mehr

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Bevor du anfängst

Notiz

Drück oben in der Leiste auf Lab starten und warte, bis JupyterLab läuft. Die Befehle tippst du im Terminal neben dem Lab. Die Skripte drucken englische Wörter: slope ist die Steigung, intercept der Achsenabschnitt, R squared ein Maß dafür, wie gut die Gerade passt.

Eine Gerade durch alle 365 Tage legen

Befehl
docker exec jupyter python3 steps/line.py

Hier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.

Beispiel: was line.py druckt

Zeile der AusgabeBedeutungWert
slopeLeihen mehr je Grad11,1
interceptLeihen bei 0 Grad149,4
R squaredWie gut die Gerade passt: 0 gar nicht, 1 perfekt0,595
at 10 and 20 degreesDie Vorhersagen für 10 und für 20 Grad261 und 372

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Wie falsch liegt eine Vorhersage?

Eine Vorhersage trifft selten genau. Der Fehler ist der Abstand zwischen dem, was die Gerade sagt, und dem, was wirklich geschah.

Den mittleren Fehler erhältst du, wenn du alle Abstände ohne Vorzeichen addierst und durch ihre Anzahl teilst. So weißt du, wie viele Räder du dich im Schnitt verschätzt.

Warum hält man Testdaten zurück?

Eine Gerade passt zu den Tagen, aus denen sie gelernt hat, meist besser als zu neuen Tagen. Prüfst du sie an denselben Tagen, wirkt sie besser, als sie ist.

Darum teilst du die Daten: Dreiviertel zum Lernen, ein Viertel bleibt zurück. Erst dann prüfst du die Gerade an den Testdaten, die sie nie gesehen hat.

Lernen mit 273 Tagen, prüfen an 92 anderen

Befehl
docker exec jupyter python3 steps/split.py

Hier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.

Beispiel: Lerntage gegen zurückgehaltene Tage

Zeile der AusgabeBedeutungWert
days to learn fromTage, aus denen die Gerade lernt273
days kept backTage, die nur zum Prüfen dienen92
R squared, days learnt fromPassung an den Lerntagen0,608
R squared, days kept backPassung an den neuen Tagen0,554
mean error on days kept backMittlerer Fehler an den neuen Tagen41,6 Leihen

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Ein häufiger Fehler

Warnung

Viele denken, eine Vorhersage sei gut, wenn sie an den bekannten Daten stimmt. Entscheidend ist aber, wie sie an neuen Daten abschneidet. Hier fiel R squared von 0,608 auf 0,554. Prüfe darum immer an Daten, die beim Lernen nicht dabei waren.

Weiterführend: auch der Regen zählt

Das Skript model.py nimmt neben der Temperatur auch den Regen in die Rechnung. Drück auf Terminal öffnen und tipp docker exec jupyter python3 steps/model.py.

Es druckt, was ein Grad mehr und was ein Millimeter Regen mehr bewirken. Vermute vorher, ob der Regen die Leihen steigert oder senkt.

Über dieses Lab und seinen Quellcode: JupyterLab-Lab für Data Science: pandas, Matplotlib und scikit-learn im Browser

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