{ "cells": [ { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "# hetGPy Introduction and Example\n", "\n", "This notebook shows a Gaussian Process Regression example using `hetGPy`. \n", "\n", "The dataset of interest is the classic [`mcycle`](https://rdrr.io/cran/MASS/man/mcycle.html) data (Silverman 1985, Venables and Ripley 2002)." ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## Setup\n", "* For this example, we will run the Gaussian Process Regression in both R and Python." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 2, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "# load libraries\n", "from scipy.io import loadmat\n", "from scipy.stats import norm # predictive itervals\n", "import numpy as np # arrays\n", "from hetgpy.example_data import mcycle\n", "%config InlineBackend.figure_formats = ['svg']\n", "\n", "\n", "# load dataset\n", "m = mcycle()\n", "X = m['times']\n", "Z = m['accel']\n", "xgrid = np.linspace(0,60,301).reshape(-1,1) # predictive grid" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Analysis with `hetGPy` is centered around the `hetGP` (or equivalent, `homGP`) object.\n", "\n", "This acts similarly to a `sklearn` model objects, like [`Lasso`](https://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.linear_model.Lasso.html)\n", "\n", "Specifically, the general workflow is:\n", "* Instantiate the model object :`model = hetGP()`\n", "* Fit to training data: `model.mleHetGP`\n", "* Predict on unseen data: `model.predict`\n", "\n", "Subsequent notebooks will also show how to update a model object for online learning, and to use a model for sequential design." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 3, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "from hetgpy import hetGP\n", "# model\n", "model = hetGP()\n", "model.mleHetGP(\n", " X = X,\n", " Z = Z,\n", " lower = np.array([1]),\n", " upper = np.array([100]),\n", " covtype = \"Gaussian\",\n", " maxit = 100\n", ")\n", "\n", "preds = model.predict(xgrid)\n", "preds['upper'] = norm.ppf(0.95, loc = preds['mean'], scale = np.sqrt(preds['sd2'] + preds['nugs'])).squeeze()\n", "preds['lower'] = norm.ppf(0.05, loc = preds['mean'], scale = np.sqrt(preds['sd2'] + preds['nugs'])).squeeze()\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 5, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\n", "\n", "\n", " \n", " \n", " \n", " \n", " 2024-06-17T20:49:30.452961\n", " image/svg+xml\n", " \n", " \n", " Matplotlib v3.8.4, https://matplotlib.org/\n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", "\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": {}, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "import matplotlib.pyplot as plt\n", "fig, ax = plt.subplots()\n", "\n", "ax.scatter(X.squeeze(),Z, color='black', label='Data')\n", "ax.plot(xgrid.squeeze(),preds['mean'],color='blue',label='Mean')\n", "ax.plot(xgrid.squeeze(),preds['upper'],color='blue',linestyle='dashed',label='90% Predictive Interval')\n", "ax.plot(xgrid.squeeze(),preds['lower'],color='blue',linestyle='dashed')\n", "ax.set_xlabel('times (milliseconds)');\n", "ax.set_ylabel('accel (g)')\n", "ax.legend();" ] } ], "metadata": { "kernelspec": { "display_name": "Python 3 (ipykernel)", "language": "python", "name": "python3" }, "language_info": { "codemirror_mode": { "name": "ipython", "version": 3 }, "file_extension": ".py", "mimetype": "text/x-python", "name": "python", "nbconvert_exporter": "python", "pygments_lexer": "ipython3", "version": "3.9.18" } }, "nbformat": 4, "nbformat_minor": 4 }