前言

本文基于凱斯西儲大學(xué)（CWRU）軸承數(shù)據(jù)，使用特征提取和機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行故障識，然后基于XGBoos模型介紹一種參數(shù)搜索策略，并通過SHAP模型可視化技術(shù)對結(jié)果進(jìn)行分析。

可視化結(jié)果圖：

十分類混淆矩陣

全局特征重要性圖：

十分類 ROC曲線和AUC值：?

標(biāo)簽真實值和預(yù)測值對比：

1 數(shù)據(jù)集和特征提取

1.1 數(shù)據(jù)集導(dǎo)入

參考之前的文章，進(jìn)行故障10分類的預(yù)處理，凱斯西儲大學(xué)軸承數(shù)據(jù)10分類數(shù)據(jù)集：

數(shù)據(jù)的讀取形式以及預(yù)處理思路；

1.2 故障信號特征提取

選擇峭度、熵值、分形值、波形指標(biāo)、頻譜指標(biāo)、頻域指標(biāo)、 統(tǒng)計特征、振動特征等13種指標(biāo)來捕捉軸承信號的多尺度特征，作為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練與識別。

2 基于參數(shù)搜索策略的XGBoost故障診斷模型

2.1 參數(shù)搜索策略：大步粗略搜索，小步細(xì)致搜索

對于XGBoost模型的重要參數(shù)：樹的棵樹、樹的深度、學(xué)習(xí)率，采取大范圍粗略搜索，先鎖定大概的參數(shù)范圍值，然后再采用小步細(xì)致搜索來準(zhǔn)確定位參數(shù)值。

2.2 大步粗略搜索

采用網(wǎng)格搜索，確認(rèn)大概的參數(shù)范圍值

2.3 小步細(xì)致搜索

第一步，搜索樹的棵樹

第二步，搜索樹的深度

第三步，搜索學(xué)習(xí)率

3 XGBoost模型評估和可視化

3.1 模型分?jǐn)?shù)、準(zhǔn)確率、精確率、召回率、F1 Score

3.2 故障十分類混淆矩陣

3.3 SHAP 模型可視化

SHAP（SHapley Additive exPlanations）是一種用于解釋機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測結(jié)果的方法。用于衡量每個特征對于模型輸出的貢獻(xiàn)程度。通過計算SHAP值，我們可以了解每個特征對于模型預(yù)測的影響，從而更好地理解模型的分類預(yù)測過程。這種可解釋性對于提高模型的可信度和可解釋性非常有幫助。能夠進(jìn)一步分析故障信號所提取特征對軸承故障診斷的貢獻(xiàn)。

平均值（SHAP值）（對模型輸出大小的平均影響），可以明顯的看出來13個特征對每個類別的分類貢獻(xiàn)度！

本文轉(zhuǎn)載自 ??建模先鋒??，作者： 小蝸愛建模