[人工智能]＜机器学习＞＜详解＞Ensemble 集成学习算法

Ensemble 集成学习

什么是集成学习思想？

1. 将多个分类器的预测结果结合起来
2. 用来组合的分类器叫做 基分类器(base classifiers)
3. Ensembles通常比组成他的基分类器效果好
4. 我们使用投票(少数服从多数)或加权投票来决定最终结果

Example:

1. 训练KNN，朴素贝叶斯，逻辑回归这三种分类器

2. 对一个新样本分类时，结合三个分类器的结果，少

   数服从多数

集成学习的错误率:

• 当一个ensemble由25个相同的基分类器组成，那么 他的错误率就等于基分类器的错误率.

• 当一个ensemble由25个不同的基分类器组成，那么 只有当超过半数的基分类器都错误的情况下，他才 会预测错误
  

让集成学习效果更好:

1. 基分类器需要表现良好，即他的错误率低于0.5
2. 基分类器之间相互独立
   • 不可能保证完全相互独立
   • 在基分类器相关性较低的情况下，集成学习就可以获得不错的表现
3. 好的ensemble需要多种多样的并且效果良好的基类器组成

如何在基分类器之间产生不一致(独立性):

1. 操作训练数据:根据一些抽样分布，对原数据集重新抽样，产生多种训练子集，并给每个子集构建基分类器
2. 操作属性:选择不同特征产生不同的基分类器
3. 操作类标签:控制哪些类标签将被训练(多分类转为二分类)
4. 控制学习算法:构建一组拥有不同参数的分类器

Bagging

1. 给定原数据集
2. 从原数据集中放回地取出与原数据集相同数量的样本，组成数据子集(一次大概63%原数据集中的样本)
3. 对每个子集构建分类器
4. 预测新样本，使用每个分类器的结果来投票决定

1. 通常比单个分类器的效果好得多

2. 对不稳定的分类器十分有效

   • 不稳定的分类器:训练集变动一点点，对测试 集的预测变动很大。如:决策树、神经网络

3. 在应用在回归任务中时，使用平均数来表示预测结果

Boosting

1. 运用最为广泛的集成学习方法
2. 为了使分类器之间相互补充
3. 下一个分类器应该用上一个分类器难以使用的样本创建

AdaBoost:

1. 为训练集中的每个样本分配一个权重(比如1/n，n为样本数量)
2. 生成一个分类器，对训练集分类，减少正确分类的样本的权重，增加错误分类的样本的权重
3. 在创建下一个分类器的训练集时(Bagging)，权重越大的样本越容易被选中
4. 针对新训练集，构建新的分类器，重复上述操作， 直到生成了需要的M个分类器
5. 根据每个分类器在训练集的表现，使用加权投票来 产生预测结果

Bagging and Boosting

相同点:

1. 都是用的投票(分类)或平均(回归)来结合每个学习者的预测值
2. 通常组合同一类型的分类器，如决策树

不同点:

1. 在创建基分类器时:

   • Bagging –并联地创建分类器
   • Boosting – 串联地，迭代地创建分类器，后一个为前一个无法正确分类的样本服务

2. 结合时:

   • Bagging –每个分类器的权值相同
   • Boosting – 权值不同，基于每个分类器在训练集上的表现

Random Forest

1. 每个基分类器只学习数据集的一部分特征子集
2. 例如一个数据集有K个特征:
   1. 使用Bagging生成不同的训练子集，每个子集 随机选取L个原数据集中的特征(L<K)
   2. 为每个训练子集构建决策树，并且不修剪
   3. 结合每个决策树的结果，以投票决定最终结果

随机森林的效果:

1. 随机森林的准确率取决于:

   ? 单棵树的准确率(越高越好)

   ? 树之间的相关性(越低越好)

2. 使用Bagging和随机选特征的方法，降低树之间的 相关性

3. 提高单棵树的特征数量，将提高树的精度，同时提 高了树之间的相关性

4. 随机森林通常表现优于一棵决策树

5. 鲁棒性比较好

6. 运行速度快(只考虑部分特征)