Python 预测 NBA 比赛结果

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Python 预测 NBA 比赛结果

2024-01-06 04:38| 来源: 网络整理| 查看: 265

Python 预测 NBA 比赛结果 一、 内容介绍

不知道你是否在朋友圈被刷屏过 NBA 的某场比赛进度或者结果?或者你就是一个 NBA 狂热粉,比赛中的每个进球、抢断或是逆转压哨球都能让你热血沸腾。除去观赏精彩的比赛过程,我们也同样好奇比赛的结果会是如何。因此本节课程,将给同学们展示如何使用 NBA 比赛的以往统计数据,判断每个球队的战斗力,及预测某场比赛中的结果。

我们将基于 2015-2016 年的 NBA 常规赛及季后赛的比赛统计数据,预测在当下正在进行的 2016-2017 常规赛每场赛事的结果。

二、 实现原理及步骤 1. 获取 NBA 比赛统计数据

我们将以获取 Team Per Game Stats 表格数据为例,展示如何获取这三项统计数据:

进入到 Basketball Reference.com 中,在导航栏中选择Season并选择2015~2016赛季中的Summary:

进入到 2015~2016 年的Summary界面后,滑动窗口找到Team Per Game Stats表格,并选择左上方的 Share & more,在其下拉菜单中选择 Get table as CSV (for Excel):

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复制在界面中生成的 csv 格式数据,并粘贴至一个文本编辑器保存为 csv 文件即可:

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2. 数据分析

在这里我们将基于国际象棋比赛,大致地介绍下 Elo 等级划分制度。在上图中 Eduardo 在窗户上写下的公式就是根据Logistic Distribution计算 PK 双方(A 和 B)对各自的胜率期望值计算公式。假设 A 和 B 的当前等级分为 RAR_ARA和 RBR_BRB,则 A 对 B 的胜率期望值为:

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B 对 A 的胜率期望值为

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如果棋手 A 在比赛中的真实得分 SAS_ASA(胜 1 分,和 0.5 分,负 0 分)和他的胜率期望值 EAE_AEA不同,则他的等级分要根据以下公式进行调整:

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在国际象棋中,根据等级分的不同 K 值也会做相应的调整:

• 大于等于2400,K=16

• 2100~2400 分,K=24

• 小于等于2100,K=32

因此我们将会用以表示某场比赛数据的特征向量为(假如 A 与 B 队比赛):[A 队 Elo score, A 队的 T,O 和 M 表统计数据,B 队 Elo score, B 队的 T,O 和 M 表统计数据]

###3.基于数据进行模型训练和预测

我们下载相应的数据文件并解压。

# 获取数据文件 !wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/782/data.zip # 安装 unzip !apt-get install unzip # 解压data压缩包并且删除该压缩包 !unzip data.zip !rm -r data.zip 4. 代码实现

首先,引入实验相关模块:

import pandas as pd import math import csv import random import numpy as np from sklearn import linear_model from sklearn.model_selection import cross_val_score

设置回归训练时所需用到的参数变量:

# 当每支队伍没有elo等级分时,赋予其基础elo等级分 base_elo = 1600 team_elos = {} team_stats = {} X = [] y = [] # 存放数据的目录 folder = 'data'

在最开始需要初始化数据,从 T、O 和 M 表格中读入数据,去除一些无关数据并将这三个表格通过Team属性列进行连接:

# 根据每支队伍的Miscellaneous Opponent,Team统计数据csv文件进行初始化 def initialize_data(Mstat, Ostat, Tstat): new_Mstat = Mstat.drop(['Rk', 'Arena'], axis=1) new_Ostat = Ostat.drop(['Rk', 'G', 'MP'], axis=1) new_Tstat = Tstat.drop(['Rk', 'G', 'MP'], axis=1) team_stats1 = pd.merge(new_Mstat, new_Ostat, how='left', on='Team') team_stats1 = pd.merge(team_stats1, new_Tstat, how='left', on='Team') return team_stats1.set_index('Team', inplace=False, drop=True) 获取每支队伍的Elo Score等级分函数,当在开始没有等级分时,将其赋予初始base_elo值: def get_elo(team): try: return team_elos[team] except: # 当最初没有elo时,给每个队伍最初赋base_elo team_elos[team] = base_elo return team_elos[team] 定义计算每支球队的Elo等级分函数: # 计算每个球队的elo值 def calc_elo(win_team, lose_team): winner_rank = get_elo(win_team) loser_rank = get_elo(lose_team) rank_diff = winner_rank - loser_rank exp = (rank_diff * -1) / 400 odds = 1 / (1 + math.pow(10, exp)) # 根据rank级别修改K值 if winner_rank < 2100: k = 32 elif winner_rank >= 2100 and winner_rank < 2400: k = 24 else: k = 16 # 更新 rank 数值 new_winner_rank = round(winner_rank + (k * (1 - odds))) new_loser_rank = round(loser_rank + (k * (0 - odds))) return new_winner_rank, new_loser_rank

基于我们初始好的统计数据,及每支队伍的 Elo score 计算结果,建立对应 2015~2016 年常规赛和季后赛中每场比赛的数据集(在主客场比赛时,我们认为主场作战的队伍更加有优势一点,因此会给主场作战队伍相应加上 100 等级分):

def build_dataSet(all_data): print("Building data set..") X = [] skip = 0 for index, row in all_data.iterrows(): Wteam = row['WTeam'] Lteam = row['LTeam'] #获取最初的elo或是每个队伍最初的elo值 team1_elo = get_elo(Wteam) team2_elo = get_elo(Lteam) # 给主场比赛的队伍加上100的elo值 if row['WLoc'] == 'H': team1_elo += 100 else: team2_elo += 100 # 把elo当为评价每个队伍的第一个特征值 team1_features = [team1_elo] team2_features = [team2_elo] # 添加我们从basketball reference.com获得的每个队伍的统计信息 for key, value in team_stats.loc[Wteam].iteritems(): team1_features.append(value) for key, value in team_stats.loc[Lteam].iteritems(): team2_features.append(value) # 将两支队伍的特征值随机的分配在每场比赛数据的左右两侧 # 并将对应的0/1赋给y值 if random.random() > 0.5: X.append(team1_features + team2_features) y.append(0) else: X.append(team2_features + team1_features) y.append(1) if skip == 0: print('X',X) skip = 1 # 根据这场比赛的数据更新队伍的elo值 new_winner_rank, new_loser_rank = calc_elo(Wteam, Lteam) team_elos[Wteam] = new_winner_rank team_elos[Lteam] = new_loser_rank return np.nan_to_num(X), y

最终在 main 函数中调用这些数据处理函数,使用 sklearn 的Logistic Regression方法建立回归模型:

if __name__ == '__main__': Mstat = pd.read_csv(folder + '/15-16Miscellaneous_Stat.csv') Ostat = pd.read_csv(folder + '/15-16Opponent_Per_Game_Stat.csv') Tstat = pd.read_csv(folder + '/15-16Team_Per_Game_Stat.csv') team_stats = initialize_data(Mstat, Ostat, Tstat) result_data = pd.read_csv(folder + '/2015-2016_result.csv') X, y = build_dataSet(result_data) # 训练网络模型 print("Fitting on %d game samples.." % len(X)) model = linear_model.LogisticRegression() model.fit(X, y) # 利用10折交叉验证计算训练正确率 print("Doing cross-validation..") print(cross_val_score(model, X, y, cv = 10, scoring='accuracy', n_jobs=-1).mean())

最终利用训练好的模型在 16~17 年的常规赛数据中进行预测。

利用模型对一场新的比赛进行胜负判断,并返回其胜利的概率:

def predict_winner(team_1, team_2, model): features = [] # team 1,客场队伍 features.append(get_elo(team_1)) for key, value in team_stats.loc[team_1].iteritems(): features.append(value) # team 2,主场队伍 features.append(get_elo(team_2) + 100) for key, value in team_stats.loc[team_2].iteritems(): features.append(value) features = np.nan_to_num(features) return model.predict_proba([features])

在 main 函数中调用该函数,并将预测结果输出到16-17Result.csv文件中:

# 利用训练好的model在16-17年的比赛中进行预测 print('Predicting on new schedule..') schedule1617 = pd.read_csv(folder + '/16-17Schedule.csv') result = [] for index, row in schedule1617.iterrows(): team1 = row['Vteam'] team2 = row['Hteam'] pred = predict_winner(team1, team2, model) prob = pred[0][0] if prob > 0.5: winner = team1 loser = team2 result.append([winner, loser, prob]) else: winner = team2 loser = team1 result.append([winner, loser, 1 - prob]) with open('16-17Result.csv', 'w') as f: writer = csv.writer(f) writer.writerow(['win', 'lose', 'probability']) writer.writerows(result) print('done.')

最后,我们实验 Pandas 预览生成预测结果文件16-17Result.csv文件:

pd.read_csv('16-17Result.csv',header=0) 三、 结果及分析

在本节课程中,我们利用Basketball-reference.com的部分统计数据,计算每支 NBA 比赛队伍的Elo socre,和利用这些基本统计数据评价每支队伍过去的比赛情况,并且根据国际等级划分方法Elo Score对队伍现在的战斗等级进行评分,最终结合这些不同队伍的特征判断在一场比赛中,哪支队伍能够占到优势。但在我们的预测结果中,与以往不同,我们没有给出绝对的正负之分,而是给出胜算较大一方的队伍能够赢另外一方的概率。当然在这里,我们所采用评价一支队伍性能的数据量还太少(只采用了 15~16 年一年的数据),如果想要更加准确、系统的判断,有兴趣的你当然可以从各种统计数据网站中获取到更多年份,更加全面的数据。

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四、 源代码 import pandas as pd import math import csv import random import numpy as np from sklearn import linear_model from sklearn.model_selection import cross_val_score # 当每支队伍没有elo等级分时,赋予其基础elo等级分 base_elo = 1600 team_elos = {} team_stats = {} X = [] y = [] # 存放数据的目录 folder = 'data' # 根据每支队伍的Miscellaneous Opponent,Team统计数据csv文件进行初始化 def initialize_data(Mstat, Ostat, Tstat): new_Mstat = Mstat.drop(['Rk', 'Arena'], axis=1) new_Ostat = Ostat.drop(['Rk', 'G', 'MP'], axis=1) new_Tstat = Tstat.drop(['Rk', 'G', 'MP'], axis=1) team_stats1 = pd.merge(new_Mstat, new_Ostat, how='left', on='Team') team_stats1 = pd.merge(team_stats1, new_Tstat, how='left', on='Team') return team_stats1.set_index('Team', inplace=False, drop=True) def get_elo(team): try: return team_elos[team] except: # 当最初没有elo时,给每个队伍最初赋base_elo team_elos[team] = base_elo return team_elos[team] # 计算每个球队的elo值 def calc_elo(win_team, lose_team): winner_rank = get_elo(win_team) loser_rank = get_elo(lose_team) rank_diff = winner_rank - loser_rank exp = (rank_diff * -1) / 400 odds = 1 / (1 + math.pow(10, exp)) # 根据rank级别修改K值 if winner_rank < 2100: k = 32 elif winner_rank >= 2100 and winner_rank < 2400: k = 24 else: k = 16 # 更新 rank 数值 new_winner_rank = round(winner_rank + (k * (1 - odds))) new_loser_rank = round(loser_rank + (k * (0 - odds))) return new_winner_rank, new_loser_rank def build_dataSet(all_data): print("Building data set..") X = [] skip = 0 for index, row in all_data.iterrows(): Wteam = row['WTeam'] Lteam = row['LTeam'] #获取最初的elo或是每个队伍最初的elo值 team1_elo = get_elo(Wteam) team2_elo = get_elo(Lteam) # 给主场比赛的队伍加上100的elo值 if row['WLoc'] == 'H': team1_elo += 100 else: team2_elo += 100 # 把elo当为评价每个队伍的第一个特征值 team1_features = [team1_elo] team2_features = [team2_elo] # 添加我们从basketball reference.com获得的每个队伍的统计信息 for key, value in team_stats.loc[Wteam].iteritems(): team1_features.append(value) for key, value in team_stats.loc[Lteam].iteritems(): team2_features.append(value) # 将两支队伍的特征值随机的分配在每场比赛数据的左右两侧 # 并将对应的0/1赋给y值 if random.random() > 0.5: X.append(team1_features + team2_features) y.append(0) else: X.append(team2_features + team1_features) y.append(1) if skip == 0: print('X',X) skip = 1 # 根据这场比赛的数据更新队伍的elo值 new_winner_rank, new_loser_rank = calc_elo(Wteam, Lteam) team_elos[Wteam] = new_winner_rank team_elos[Lteam] = new_loser_rank return np.nan_to_num(X), y if __name__ == '__main__': Mstat = pd.read_csv(folder + '/15-16Miscellaneous_Stat.csv') Ostat = pd.read_csv(folder + '/15-16Opponent_Per_Game_Stat.csv') Tstat = pd.read_csv(folder + '/15-16Team_Per_Game_Stat.csv') team_stats = initialize_data(Mstat, Ostat, Tstat) result_data = pd.read_csv(folder + '/2015-2016_result.csv') X, y = build_dataSet(result_data) # 训练网络模型 print("Fitting on %d game samples.." % len(X)) model = linear_model.LogisticRegression() model.fit(X, y) # 利用10折交叉验证计算训练正确率 print("Doing cross-validation..") print(cross_val_score(model, X, y, cv = 10, scoring='accuracy', n_jobs=-1).mean()) def predict_winner(team_1, team_2, model): features = [] # team 1,客场队伍 features.append(get_elo(team_1)) for key, value in team_stats.loc[team_1].iteritems(): features.append(value) # team 2,主场队伍 features.append(get_elo(team_2) + 100) for key, value in team_stats.loc[team_2].iteritems(): features.append(value) features = np.nan_to_num(features) return model.predict_proba([features]) # 利用训练好的model在16-17年的比赛中进行预测 print('Predicting on new schedule..') schedule1617 = pd.read_csv(folder + '/16-17Schedule.csv') result = [] for index, row in schedule1617.iterrows(): team1 = row['Vteam'] team2 = row['Hteam'] pred = predict_winner(team1, team2, model) prob = pred[0][0] if prob > 0.5: winner = team1 loser = team2 result.append([winner, loser, prob]) else: winner = team2 loser = team1 result.append([winner, loser, 1 - prob]) with open('16-17Result.csv', 'w') as f: writer = csv.writer(f) writer.writerow(['win', 'lose', 'probability']) writer.writerows(result) print('done.') pd.read_csv('16-17Result.csv', header=0)


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