import numpy as np
import pandas as pd

raw = pd.read_csv('./bike_train.csv')

print(raw.shape)
raw.head()

raw.info()

raw.describe()

from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.linear_model import LinearRegression
from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.model_selection import GridSearchCV, cross_val_score

# datetime object형 데이터 타입을 int형으로 변경하자
raw.sort_values(by='datetime', ascending=True)  # 시간순으로 안되어 있을 수 있으니 시간순으로 정렬
raw.reset_index(inplace=True)
raw.rename(columns={'index': 'time'}, inplace=True)
raw.drop(columns='datetime', inplace=True)

# make pipeline
pipes = Pipeline([('standard', StandardScaler()), ('linear', LinearRegression())])


# # make train, test data

features = raw.iloc[:, :-1]
target = raw.iloc[:, -1]

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(features, target)       # 처음에 stratify = target으로 설정했었는데 회귀니까 stratify 하면 안될듯. 이건 분류에 쓰이는 것임

# pipes.fit(X_train, y_train)

def get_rmse_score(estimator, train_features, test_features, train_targets, test_targets):
    scores = cross_val_score(estimator, train_features, train_targets, scoring='neg_mean_squared_error', cv=5)
    scores = np.sqrt(-1 * scores)
    print(f'cv=5를 통해 나온 rmse 값: {scores}')

    estimator.fit(train_features, train_targets)        # 위의 cross_val_score만 해주면 estimator가 fit이 완료된것으로 생각했는데 아니였음. 코드로 직접 진행해줘야함
    pred = estimator.predict(test_features)
    scores = mean_squared_error(test_targets, pred)
    scores = np.sqrt(scores)
    print(f'test 데이터를 통해 나온 rmse 값: {scores}')

    print(type(test_targets))
    df = pd.DataFrame(data = test_targets.values, columns=['real_count'])       # 그냥 Series 타입인 test_target을 data로 넣었더니 데이터가 안들어갔음. numpy-array 형태로 넣어줬더니 됨. Series에는 index 정보까지 있어서 그런건가..
    df['pred'] = pred
    df['diff'] = df['pred'] - df['real_count']
    print(f'실제값, 예측값, 차이{df}')

get_rmse_score(pipes, X_train, X_test, y_train, y_test)

import numpy as np
import pandas as pd
import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline

import warnings
warnings.filterwarnings("ignore", category=RuntimeWarning)

bike_df = pd.read_csv('./bike_train.csv')
print(bike_df.shape)
bike_df.head(3)

bike_df.info()

# 문자열을 datetime 타입으로 변경. 
bike_df['datetime'] = bike_df.datetime.apply(pd.to_datetime)

# datetime 타입에서 년, 월, 일, 시간 추출
bike_df['year'] = bike_df.datetime.apply(lambda x : x.year)
bike_df['month'] = bike_df.datetime.apply(lambda x : x.month)
bike_df['day'] = bike_df.datetime.apply(lambda x : x.day)
bike_df['hour'] = bike_df.datetime.apply(lambda x: x.hour)
bike_df.head(3)

drop_columns = ['datetime','casual','registered']
bike_df.drop(drop_columns, axis=1,inplace=True)

from sklearn.metrics import mean_squared_error, mean_absolute_error

# log 값 변환 시 NaN등의 이슈로 log() 가 아닌 log1p() 를 이용하여 RMSLE 계산
def rmsle(y, pred):
    log_y = np.log1p(y)
    log_pred = np.log1p(pred)
    squared_error = (log_y - log_pred) ** 2
    rmsle = np.sqrt(np.mean(squared_error))
    return rmsle

# 사이킷런의 mean_square_error() 를 이용하여 RMSE 계산
def rmse(y,pred):
    return np.sqrt(mean_squared_error(y,pred))

# MSE, RMSE, RMSLE 를 모두 계산 
def evaluate_regr(y,pred):
    rmsle_val = rmsle(y,pred)
    rmse_val = rmse(y,pred)
    # MAE 는 scikit learn의 mean_absolute_error() 로 계산
    mae_val = mean_absolute_error(y,pred)
    print('RMSLE: {0:.3f}, RMSE: {1:.3F}, MAE: {2:.3F}'.format(rmsle_val, rmse_val, mae_val))

from sklearn.model_selection import train_test_split , GridSearchCV
from sklearn.linear_model import LinearRegression , Ridge , Lasso

y_target = bike_df['count']
X_features = bike_df.drop(['count'],axis=1,inplace=False)

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_features, y_target, test_size=0.3, random_state=0)

lr_reg = LinearRegression()
lr_reg.fit(X_train, y_train)
pred = lr_reg.predict(X_test)

evaluate_regr(y_test ,pred)

def get_top_error_data(y_test, pred, n_tops = 5):
    # DataFrame에 컬럼들로 실제 대여횟수(count)와 예측 값을 서로 비교 할 수 있도록 생성. 
    result_df = pd.DataFrame(y_test.values, columns=['real_count'])
    result_df['predicted_count']= np.round(pred)
    result_df['diff'] = np.abs(result_df['real_count'] - result_df['predicted_count'])
    # 예측값과 실제값이 가장 큰 데이터 순으로 출력. 
    print(result_df.sort_values('diff', ascending=False)[:n_tops])
    
get_top_error_data(y_test,pred,n_tops=5)

y_target.hist()

y_log_transform = np.log1p(y_target)
y_log_transform.hist()

# 타겟 컬럼인 count 값을 log1p 로 Log 변환
y_target_log = np.log1p(y_target)

# 로그 변환된 y_target_log를 반영하여 학습/테스트 데이터 셋 분할
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_features, y_target_log, test_size=0.3, random_state=0)
lr_reg = LinearRegression()
lr_reg.fit(X_train, y_train)
pred = lr_reg.predict(X_test)

# 테스트 데이터 셋의 Target 값은 Log 변환되었으므로 다시 expm1를 이용하여 원래 scale로 변환
y_test_exp = np.expm1(y_test)

# 예측 값 역시 Log 변환된 타겟 기반으로 학습되어 예측되었으므로 다시 exmpl으로 scale변환
pred_exp = np.expm1(pred)

evaluate_regr(y_test_exp ,pred_exp)

coef = pd.Series(lr_reg.coef_, index=X_features.columns)
coef_sort = coef.sort_values(ascending=False)
sns.barplot(x=coef_sort.values, y=coef_sort.index)

# 'year', month', 'day', hour'등의 피처들을 One Hot Encoding
X_features_ohe = pd.get_dummies(X_features, columns=['year', 'month','day', 'hour', 'holiday',
                                              'workingday','season','weather'])

X_features

X_features_ohe

# 원-핫 인코딩이 적용된 feature 데이터 세트 기반으로 학습/예측 데이터 분할. 
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_features_ohe, y_target_log,
                                                    test_size=0.3, random_state=0)

print(X_train.shape)
# 모델과 학습/테스트 데이터 셋을 입력하면 성능 평가 수치를 반환
def get_model_predict(model, X_train, X_test, y_train, y_test, is_expm1=False):
    model.fit(X_train, y_train)
    pred = model.predict(X_test)
    if is_expm1 :
        y_test = np.expm1(y_test)
        pred = np.expm1(pred)
    print('###',model.__class__.__name__,'###')
    evaluate_regr(y_test, pred)
# end of function get_model_predict    

# model 별로 평가 수행
lr_reg = LinearRegression()
ridge_reg = Ridge(alpha=10)
lasso_reg = Lasso(alpha=0.01)

for model in [lr_reg, ridge_reg, lasso_reg]:
    get_model_predict(model,X_train, X_test, y_train, y_test,is_expm1=True)

coef = pd.Series(lr_reg.coef_ , index=X_features_ohe.columns)
coef_sort = coef.sort_values(ascending=False)[:20]
sns.barplot(x=coef_sort.values , y=coef_sort.index)

from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor, GradientBoostingRegressor
from xgboost import XGBRegressor
from lightgbm import LGBMRegressor

# 랜덤 포레스트, GBM, XGBoost, LightGBM model 별로 평가 수행
rf_reg = RandomForestRegressor(n_estimators=500)
gbm_reg = GradientBoostingRegressor(n_estimators=500)
xgb_reg = XGBRegressor(n_estimators=500)
lgbm_reg = LGBMRegressor(n_estimators=500)

for model in [rf_reg, gbm_reg, xgb_reg, lgbm_reg]:
    # XGBoost의 경우 DataFrame이 입력 될 경우 버전에 따라 오류 발생 가능. ndarray로 변환.
    get_model_predict(model,X_train.values, X_test.values, y_train.values, y_test.values,is_expm1=True)