朴素贝叶斯算法

Posted 2022-12-13 大数据最好

朴素贝叶斯法的学习与分类

基本方法

设输入空间为n维向量的集合，输出空间为类标记集合=c1……ck。输入特征向量x和输出类标记y分属于这两个集合。X是输入空间上的随机变量，Y是输出空间上的随机变量。P(X,Y)是X和Y的联合概率分布，训练数据集

由P(X,Y)独立同分布产生。

朴素贝叶斯法通过T学习联合概率分布P(X,Y)。具体来讲，学习以下先验概率：

以及条件概率分布：

于是根据联合概率分布密度函数：

学习到联合概率分布P(X,Y)。

朴素贝叶斯法对它做了条件独立性的假设：

也就是各个维度的特征在类确定的情况下都是独立分布的。这一假设简化了计算，也牺牲了一定的分类准确率。

基于此假设，以及贝叶斯定理，后验概率为：

分母其实是P(X=x)，等同于枚举ck求联合分布的和：∑P(X=x,Y=ck)，此联合分布按公式拆开，等于上式分母。

将独立性假设代入上式，得到：

朴素贝叶斯分类器可以表示为：

也就是给定参数，找一个概率最大的ck出来。注意到上式分母其实就是P(X=x)，x给定了就固定了，跟ck一点关系都没有，所以分母可以去掉，得到：

后验概率最大化的含义

选择0-1损失函数：

f(X)就是分类器的决策函数，损失函数的参数其实是一个联合分布。

此时期望风险函数为：

上面说过，这是一个联合分布P(X,Y)，是一个and（连乘）的形式，由此取条件期望为风险函数：

为了最小化上式，只需对每个X=x执行最小化，那么加起来肯定是极小化的，由此有：

朴素贝叶斯法的参数估计

极大似然估计

前面说过，朴素贝叶斯法要学习的东西就是P(Y=ck)和P(X=x|Y=ck)，这两个概率的估计用极大似然估计法（简单讲，就是用样本猜测模型参数，或者说使得似然函数最大的参数）进行：

也就是用样本中ck的出现次数除以样本容量。

分子是样本中变量组合的出现次数，分母是上面说过的样本中ck的出现次数。

学习与分类算法

于是就有朴素贝叶斯算法，先从训练数据中计算先验概率和条件概率，然后对于给定的实例计算最大的条件概率，输出该条件对应的类别。形式化的描述如下：

贝叶斯估计

最大似然估计有个隐患，假设训练数据中没有出现某种参数和类别的组合怎么办？此时估计的概率值为0，但是这不代表真实数据中就没有这样的组合。解决办法是采用贝叶斯估计

1、条件概率的贝叶斯估计：

其中，Sj表示xj可能取值的种数。分子和分母分别比最大似然估计多了一点东西，其意义是在随机变量每个取值的频数上加一个常量。当此常量取0时，就是最大似然估计，当此常量取1时，称为拉普拉斯平滑。

2、先验概率的贝叶斯估计：