机器学习之集成学习简介

Posted 2022-12-03 未央夜色

综述

集体学习：
将不同的分类器组合起来。
先产生个体学习，在根据多个个体学习完成学习任务。
每个个体学习可以采用的算法可以不同

集成学习可能有不同的提升/不变/降低
这要求学习器：

• 单个个体不能太差
• 学习器之间要有差异/多样性

理论上来说，如果单个学习器之间相互独立，当个数很多的时候，集成学习的正确率非常高，趋近于满分

如何产生好而不同的个体学习器，是集成学习的核心问题

bagging

有放回

• 从有放回的从原数据集中选择S次，得到一个大小为S的新数据集（大小和原数据集相等）
• 对于每个新数据集，建立分类器（可以用不同方法）
• m个分类器的结果投票，多数表决

随机森林

综述

在baggiung基础上的改进。相对于普通DT有改进。
普通DT是在某个节点的所有属性中选择一个最优的
RD是在所有节点的属性中随机选择K个，在这K个里面选择最优的

随机性

样本随机，属性随机。

• 随机的从原始数据集中选择样本组成新的数据集
• 随机选择K个属性，建立决策树（N个属性，K选择log(N)）

流程

• 从数据集中又放回的选出M个样本
• 重复上述操作N次，得到N个子集，每个子集中有M个样本
• 建立分类器，对每个子集训练

评价

• 实现简单，性能强大
• 可以并行化计算，代价小，适合处理大数据
• 能够在结果中给出哪些特征比较重要
• 防止过拟合，准确率高

boosting

• boosting集中关注被已有分类器错分的那些数据来获得新的分类器。重点关注做错的训练样本。
• boosting的每个分类器都有不同的权重
• 训练过程的每一轮中，根据样本分布为每个训练样本重新赋一个新的权重。

adaboost

综述

• 将弱学习提升为强学习，不改变所给的训练数据，而不断改变训练数据权值的分布，使得训练数据在基本分类器的学习中起不同的作用，这就是AdaBoost的一个特点。
• 前一个分类器改变权重，同时组成最后的分类器。
• 分类器的重要性依赖于他的错误率
• 最基本的性质是在学习过程中不断减少训练误差

adaboost总体结构

算法流程

• 初始化所有样本，权重设置为一样的
• 训练分类器，对每个样本进行分类
• 根据样本判断的结果，更新每个样本的权重，分类正确的样本降低权重，分类错误的样本增加权重
• 开始第二次训练
• 重复上述，直到达到指定的精确度/分类器个数

权重

样本的权重和分类器的权重。
错误率–>G1的系数alpha–>更新权重。
错误率影响分类器权重alpha，分类器权重alpha影响样本权重。
不改变训练数据，不断改变训练数据的权重分布，让不同的训练数据在学习器中起不同的作用

• 计算分类器在数据集上的错误率
  错误率 = 错误分类的样本个数/所有的样本个数

• 根据错误率计算分类器权重alpha的值
  

• 更新样本的权重
  

• 总体的分类判决：
  

• 分类结果的判定规则
  

评价

• 能把弱分类器组合成强分类器，准确度高
• 相比于RF，给每个分类器也赋给了权重
• 不易出现过拟合
• 代价大，每次迭代都要重新训练分类器
• 对噪声和异常数据敏感。

adaboost两个最大的特点：

• 每次调整训练数据的权重
• 利用基本分类器的线性组合构建最终分类器

性能指标

• 正确率
  对预测结果而言，预测为正的样本中有多少是真正的正样本。
  A个正例，预测B个正例
  A中出现在B中的个数/B的个数

• 召回率
  针对我们原来的样本而言，表示的是样本中的正例有多少被预测正确了。
  A个正例，预测B个正例
  B中出现在A中的个数/A的个数

• ROC
  接收者操作特征。
  AUC：曲线下的面积。表征分类器的平均性能值。

GBDT

梯度提升决策树

结合策略

• 平均法

  • 简单平均
  • 加权平均
  • 加权平均不一定优于简单平均
    
    • 当分类器效果差不多时，简单平均更合适
    • 当分类器效果差别较大，加权平均更合适

• 投票法

  • 绝对多数投票：过半
  • 相对多数投票：选最多票的
  • 加权投票

• 学习法

  • 将初级学习器的结果当做输入

对比adaboost和随机森林

• 二者都是进行投票表决，RF进行的是公平投票，ada进行的是权重投票
• RF是并行的，ada是串行的
• 都会给权重，ada是给分类器和样本权重，RF只给样本权重（随机选择样本点个数）
• RF在总体数据集中速记选取样本，ada选择所有样本。