机器学习及应用 第7章 集成学习
集成学习主要包括三个部分：个体的生成方法、个体学习器（基学习器）和结论的 合（集）成方法。
集成学习中的基学习器可以是同质的“弱学习器”，也可以是异质的“弱学习器”。 目前，同质个体学习器的应用最为广泛，同质个体学习器使用最多的模型是CART 决策树和神经网络。
class sklearn.ensemble.VotingClassifier(estimators, voting=’hard’, weights=None, n_jobs=1, flatten_transform=None) 主要参数如下
• estimators：指定的估计器，该估计器必须有.fit方法进行训练。 • voting：字符串，可选项为“soft”和“hard”，其默认值为“hard”。如果
，用dj表示基学习器Mj在给 （注：若输入向量存在
多种表示 上的预测
，也就是说每个基学习器的输入各不相同，那么Mj在输入xj ），那么最终的预测值可由各个基学习器的预测计算得出：
（7.1）
若每个基学习器有K个输出，即基学习器Mj的输出 当它们组合时，得到预测值
L
yi wjd ji j 1
L
7.1 引言
7.1.2 集成学习的组成
集成学习主要包括三个部分：
• 个体的生成方法 • 个体学习器（基学习器） • 结论的合（集）成方法。
集成学习需要很好地解决如下两个问题。
• （1）如何通过有效地训练，获得若干个基学习器？ • （2）如何选择一个组合策略，将这些基学习器集合成为一个强学习器？
第07章 集成学习
学习目标
集成学习 投票法
学 习挂目袋标法
提升法
7.1 引言
7.1.1 集成学习的概念
集成学习（Ensemble Learning）是指利用多个独立的基学习器来进行学习，组合 某输入样例在各个基学习器上的输出，并由他们按照某种策略共同决定输出。
集成学习的基本思想是先通过一定的规则生成一定数量的基学习器（Base Estimator），再采用某种集成策略将这些基学习器的预测结果组合起来，形成最 终的结论。
voting取值“hard”，那么使用多数规则表决预测的类标签。否则，基于 各个基学习器的预测概率之和预测类标签。
• weights：数组，大小等于n_classifiers（基学习器的数量），缺省值为
None。权值序列表示预测类标签出现（hard voting），或者平均化之 前的类概率（soft voting）。
wj ≥ 0 wj 1 j 1
7.2 Voting
组合函数是投票法
组合函数还可以是取平均值的简单投票法（Simple Voting）、中位数（Median）、最 大值（Maxmize）等，如图7-1所示。
d1
w1
f（）
x
d2
w2
+
y
...
wL
dL
图7-1 多个基学习器通过投票方法组合而成的集成学习方式示意图
Var
Var
Var
Cov
（7.6）
可以看出，如果学习器是正相关的，则方差增加。因此，在实践中， 需要使用不同算法和输入特征来减少其正相关性。如果投票者不独立， 但是负相关的，那么进一步降低方差也是可能的。
7.2 Voting
sklearn提供了一种软投票/多数规则分类器（Soft Voting/Majority Rule Classifier），其原型如下：
7.权平均或中位数来融合基回归器的输出。中
位数对噪声比平均值更加棒。
分类器组合函数
规则
组合函数
说明
平均和
=
相对多数表决，直观
加权和
=
,
考虑学习器的投票权重
中位数 最小值 最大值 乘积
median min
max
对离群点的鲁棒性好 悲观估计 乐观估计
根据集成学习的用途不同，结论合成的方法也各不相同。
• 集成的输出通常由各个体学习器的输出投票产生。通常采用绝对多数投票法
或相对多数投票法。
• 当集成学习用于回归估计时，集成的输出通常由各学习器的输出通过简单平
均或加权平均产生。
7.2 Voting
假设某机器学习模型有L个基学习器 定的任意输入向量x上的估计值，即
7.2 Voting
# 构造三个基学习器和一个集成学习器 clf1 = DecisionTreeClassifier(max_depth=4) clf2 = KNeighborsClassifier(n_neighbors=7) clf3 = SVC(kernel='rbf', probability=True) eclf = VotingClassifier(estimators=[('dt', clf1), ('knn', clf2), ('svc', clf3)],
7.2 Voting
示例
from itertools import product import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from sklearn import datasets from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier from sklearn.svm import SVC from sklearn.ensemble import VotingClassifier # 加载鸢尾花数据集 iris = datasets.load_iris() X = iris.data[:, [0, 2]] y = iris.target
每个学习器都有否决权
7.2 Voting
假定dj是独立同分布的，其期望值为E（dj），方差为Var（dj），那么 当wj=1/L时，输出的期望值和方差分别为：
××
（7.4）
Var
Var
Var
Var
（7.5）
从上述推导过程可以看到，期望值没有改变，因而偏倚也不会改变。但 是方差随着独立投票数量的增加而下降。对于一般情况，有
7.1 引言
7.1.3 同质个体学习器的分类及算法
同质个体学习器按照个体学习器之间是否存在依赖关系又可以分为两 类：
• 个体学习器之间存在着强依赖关系其代表算法是Boosting算法； • 个体学习器之间不存在强依赖关系，可以并行生成这些个体学习器，其代表
算法是Bagging和随机森林（Random Forest）算法。
第七章 机器学习
(2)机器学习：使计算机能模拟人的学习行为，自动地 通过学习获取知识和技能，不断改善性能，实现自 我完善。机器学习的研究围绕三个方面： ①学习机理的研究：对人类学习机制的研究，即人类 获取知识、技能和抽象概念的天赋能力 ②学习方法的研究：研究人类的学习过程，探索各种 可能的学习方法，建立起独立于具体应用领域的学 习算法 ③面向任务的研究：根据特定任务的要求，建立相应 的学习系统 2 学习系统：是能够在一定程度上实现机器学习的系 统，一个学习系统应具有如下条件和能力： (1)具有适当的学习环境 环境：学习系统进行学习时的信息来源
例 2 花色 (C1, 红桃 ) 花色 (C2, 红桃 ) 花色 (C3, 红桃)花色(C4,红桃)→同花（C1,C2,C3,C4） 规则1：花色(C1,x)花色(C2,x)花色(C3,x)花 色(C4,x)→同花（C1,C2,C3,C4） • 舍弃条件：舍去某些无关子条件 花色（C1,红桃）点数（C1,2） 花色（C2,红桃）点数（C2,4） 花色（C3,红桃）点数（C3,6） 花色（C4,红桃）点数（C4,8） →同花（C1,C2,C3,C4） ∵点数与同花无关，点数舍去，红桃用x代替。 如同规则1
(3)类比归纳 设A,B分别是两类事物的集合 A={a1,a2…} B={b1,b2…} 并设ai,bi总是成对出现的，且当ai有属性P时， bi就有属性Q与之对应，即 P(ai)→Q(bi) i=1,2,3.. 若A,B有一对新元素a’,b’时，由P(a’)→Q(b’)
(4) 逆推理归纳：是一种由结论成立而推出前提以某 种置信度成立的归纳方法，这种方法的模式为 • 若H为真,则H→E必为真，或以置信度cf1成立 • 观察到E成立或以置信度cf2成立 • 则H以某种置信度cf成立 H→E cf1 P(E/H) E cf2 H cf E→H cf’1可按Bayes公式算出 cf’1=P(H/E)=P(E/H)*P(H)/P(E)=cf1*P(H)/P(E) =cf1*cf/cf2 ∴cf=cf1’*cf2/cf1
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机器学习知到章节测试答案智慧树2023年最新三亚学院第一章测试1.下面哪句话是正确的（）参考答案:增加模型的复杂度，总能减小训练样本误差2.评估模型之后，得出模型存在偏差，下列哪种方法可能解决这一问题（）参考答案:向模型中增加更多的特征3.以垃圾微信识别为例，Tom Mitchell的机器学习的定义中，任务T是什么？（）参考答案:T是识别4.如何在监督式学习中使用聚类算法（）？参考答案:在应用监督式学习算法之前，可以将其类别ID作为特征空间中的一个额外的特征;首先，可以创建聚类，然后分别在不同的集群上应用监督式学习算法5.想要训练一个ML模型，样本数量有100万个，特征维度是5000，面对如此大数据，如何有效地训练模型（）？参考答案:对训练集随机采样，在随机采样的数据上建立模型;使用PCA算法减少特征维度;尝试使用在线机器学习算法6.机器学习兴起于（）。
参考答案:1990年;1980年7.监督学习包括是（）。
参考答案:分类;回归8.机器学习可以对电子商务产品评价进行好评与差评分类。
（）参考答案:对9.机器学习必备知识包括数学基础、心理学基础、算法设计基础、商业模式基础。
（）参考答案:错10.机器学习是一门多学科交叉专业，涵盖____、____、近似理论知识和复杂算法知识，使用计算机作为工具并致力于真实实时的模拟人类学习方式，并将现有内容进行知识结构划分来有效提高学习效率。
参考答案:null第二章测试1.关于k-NN算法，以下哪个选项是正确的？参考答案:可用于分类和回归2.k-NN算法在测试时间而不是训练时间上进行了更多的计算。
参考答案:对3.假设算法是k最近邻算法，在下面的图像中，____将是k的最佳值。
参考答案:104.一个kNN分类器，该分类器在训练数据上获得100％的准确性。
而在客户端上部署此模型时，发现该模型根本不准确。
以下哪项可能出错了？注意：模型已成功部署，除了模型性能外，在客户端没有发现任何技术问题参考答案:可能是模型过拟合5.以下是针对k-NN算法给出的两条陈述，其中哪一条是真的？1、我们可以借助交叉验证来选择k的最优值2、欧氏距离对每个特征一视同仁参考答案:1和26.你给出了以下2条语句，发现在k-NN情况下哪个选项是正确的？1、如果k的值非常大，我们可以将其他类别的点包括到邻域中。
机器学习算法中的集成学习方法
机器学习算法中的集成学习方法在机器学习领域中，我们需要选取一种合适的算法来解决问题。
但是，不同的算法特点各不相同，会存在着一定的优劣势。
为了提高算法的精度和鲁棒性，我们通常会采用集成学习方法来将多个算法进行融合，使其形成一个更强大的整体。
集成学习方法是通过将多个基学习器组合起来来构建一个更强大的学习器，在实现具体应用时，它可以使得精度更高、泛化能力更强。
在本文中，我们将介绍几种常见的集成学习方法，并探究它们的优缺点。
1. Bagging方法Bagging是集成学习中最基础的一种方法。
它常用于解决一些对分类器模型较为敏感的问题。
Bagging的思路是通过对数据集进行有放回的随机重抽样（Bootstrap），选出一些新的训练集，然后使用这些新的训练集分别训练出多个基学习器。
这些基学习器之间是独立的，它们的结果可以通过简单平均、投票等方式进行集成。
Bagging方法的优点在于它减小了单个基学习器的方差，提高了整体模型的泛化能力。
同时，Bagging可以降低过拟合的风险，降低了模型的误差。
但是，Bagging的缺点在于，它无法降低单个基学习器的偏差，可解决的问题类型也相对较少。
2.Boosting方法Boosting是Bagging方法的一种改进。
它也是通过多个基学习器的组合来实现模型的优化，但与Bagging不同的是，Boosting是通过加强那些被之前的模型错误分类，并将其重点关注的数据实例，从而提高他们被正确分类的概率。
多次训练权值分布不同的基学习器，再对基学习器进行线性组合，并对错误分类的数据增加权重，形成一个新的基学习器。
重复这一过程，直到测试数据集的精度达到要求。
Boosting方法的优点在于它可以提高单个基学习器的准确性，降低误差和偏差。
同时，它也可以通过加重错误数据的权重来降低模型对样本的误差。
但是 Boosting方法的缺点在于它对噪音数据比较敏感，在面对噪声数据时，模型的性能往往会明显下降。
机器学习原理及应用练习题答案
第一章机器学习概述1.机器学习研究什么问题，构建一个完整的机器学习算法需要哪些要素？机器学习主要研究如何选择统计学习模型，从大量已有数据中学习特定经验。
构建一个完整的机器学习算法需要三个方面的要素，分别是数据，模型，性能度量准则。
2.可以生成新数据的模型是什么，请举出几个例子可以生成新数据的模型是生成模型，典型的生成模型有朴素贝叶斯分类器、高斯混合模型、隐马尔可夫模型、生成对抗网络等。
3.监督学习、半监督学习和无监督学习是什么，降维和聚类属于哪一种？监督学习是指样本集合中包含标签的机器学习，无监督学习是无标签的机器学习，而半监督学习介于二者之间。
降维和聚类是无监督学习。
4.过拟合和欠拟合会导致什么后果，应该怎样避免？过拟合导致模型泛化能力弱，发生明显的预测错误，往往是由于数据量太少或模型太复杂导致，通过增加训练数据量，对模型进行裁剪，正则化的方式来缓解。
而欠拟合则会导致模型不能对数据进行很好地拟合，通常是由于模型本身不能对训练集进行拟合或者训练迭代次数太少，解决方法是对模型进行改进，设计新的模型重新训练，增加训练过程的迭代次数。
5.什么是正则化，L1正则化与L2正则化有什么区别？正则化是一种抑制模型复杂度的方法。
L1正则化能够以较大概率获得稀疏解，起到特征选择的作用，并且可能得到不止一个最优解。
L2正则化相比前者获得稀疏解的概率小的多，但得到的解更加平滑。
第二章逻辑回归与最大熵模型1.逻辑回归模型解决（B ）A.回归问题B.分类问题C.聚类问题D.推理问题2.逻辑回归属于（B ）回归A.概率性线性B.概率性非线性C.非概率性线性D.非概率性非线性3.逻辑回归不能实现（D ）A.二分类B.多分类C.分类预测D.非线性回归4.下列关于最大熵模型的表述错误的是（B ）A.最大熵模型是基于熵值越大模型越稳定的假设B.最大熵模型使用最大熵原理中一般意义上的熵建模以此缩小模型假设空间C.通过定义最大熵模型的参数可以实现与多分类逻辑回归相同的作用D.最大熵模型是一种分类算法5.下列关于模型评价指标的表述错误的是（C ）A.准确率、精确率、召回率以及AUC均是建立在混淆矩阵的基础上B.在样本不平衡的条件下准确率并不能作为很好的指标来衡量结果C.准确率表示所有被预测为正的样本中实际为正的样本的概率D.一般来说，置信度阈值越高，召回率越低，而精确率越高6.简述逻辑回归的原理。
机器学习的集成学习和迁移学习
机器学习的集成学习和迁移学习机器学习领域中，集成学习和迁移学习是两个重要的技术。
它们通过整合多个模型的预测结果和利用已有的知识来提高机器学习的性能。
本文将分别介绍集成学习和迁移学习的概念、方法和应用，帮助读者更好地理解和应用这两种学习方法。
1. 集成学习集成学习（Ensemble Learning）是一种将多个不同的机器学习模型组合在一起，通过投票、加权等方式来综合这些模型的预测结果的技术。
它的基本思想是通过将多个模型的预测结果进行集成，从而得到比单个模型更准确、更稳定的预测结果。
常见的集成学习方法包括投票法（Voting）、堆叠法（Stacking）、装袋法（Bagging）和提升法（Boosting）等。
投票法通过对多个模型的预测结果进行投票，选取得票最多的结果作为最终预测结果；堆叠法则是将多个模型的预测结果作为新的特征输入给另一个模型进行最终的预测；装袋法通过对训练集进行自助采样来得到多个不同的子训练集，再用这些子训练集分别训练不同的模型，并将它们的预测结果进行集成；提升法则是通过反复迭代训练多个模型，在每次迭代中都根据前一轮的预测错误来调整训练样本的权重，以产生一个更准确的预测模型。
集成学习在许多机器学习任务中都取得了显著的性能提升。
例如，在分类任务中，多个基分类器的集成可以减少分类误差、提高泛化性能；在回归任务中，集成模型可以减小预测误差、提高预测精度。
同时，集成学习也可以提高模型的鲁棒性，减少模型对训练数据的过拟合问题。
2. 迁移学习迁移学习（Transfer Learning）是一种将已学习的知识迁移到新任务中的学习方法。
它通过利用源领域的知识和数据来辅助目标领域的学习任务，从而提高目标任务的性能。
迁移学习的基本假设是，不同领域之间存在一定的相关性或共享的结构。
因此，通过将源领域的知识转移到目标领域，可以减少在目标领域收集大量数据的需求，缩短训练时间，并提高学习算法的泛化性能。
迁移学习主要有三种类型：基于实例的迁移学习、基于特征的迁移学习和基于模型的迁移学习。
集成学习方法
集成学习方法集成学习是一种通过结合多个学习器来完成学习任务的机器学习方法。
它的核心思想是通过整合多个模型的预测结果，从而获得比单个模型更好的性能。
在实际应用中，集成学习方法已经被广泛应用于分类、回归、特征选择等领域，并取得了显著的效果。
集成学习方法的核心是如何有效地整合多个模型的预测结果。
常见的集成学习方法包括Bagging、Boosting、Stacking等。
其中，Bagging方法通过对训练数据集进行有放回的随机抽样，构建多个基学习器，再通过投票或平均的方式得到最终的预测结果；Boosting方法则是通过迭代训练多个弱学习器，每一轮都根据前一轮的结果调整样本权重，最终将多个弱学习器的结果加权求和得到最终的预测结果；而Stacking方法则是通过训练多个基学习器，然后将它们的预测结果作为新的特征输入到次级学习器中进行训练，得到最终的预测结果。
在实际应用中，选择合适的基学习器是集成学习方法的关键。
通常情况下，我们会选择一些性能稳定且互补的基学习器来构建集成模型，以达到更好的效果。
此外，对于不同的数据集和任务，我们也需要根据实际情况来选择合适的集成学习方法和参数设置，以获得最佳的性能。
集成学习方法的优势在于它能够有效地降低模型的方差，提高模型的泛化能力。
通过整合多个模型的预测结果，集成学习方法能够在一定程度上弥补单个模型的不足，从而获得更稳定和准确的预测结果。
因此，集成学习方法在实际应用中具有重要的意义。
总的来说，集成学习方法是一种强大的机器学习方法，它通过整合多个模型的预测结果，能够显著提高模型的性能。
在实际应用中，我们可以根据具体的情况选择合适的集成学习方法和基学习器，从而获得更好的预测效果。
希望本文对集成学习方法有所帮助，谢谢阅读！。
集成学习介绍课件
典型集成方法介绍
1 投票法：多个模型投票，少数服从多数 2 平均法：多个模型预测结果求平均 3 加权平均法：根据模型性能分配权重，加权平均 4 堆叠法：将多个模型的输出作为新的输入，进行二次学习 5 提升法：将弱分类器组合成强分类器，如AdaBoost和GBDT 6 融合法：将多个模型的结果进行融合，如决策树和神经网络的融合
4
降低计算复杂度： 通过集成多个模 型，可以降低计 算复杂度，提高 计算效率
集成学习的方法
集成方法分类
平均法：将多个模型的预测结果进行平均，如 Bagging和Boosting
投票法：将多个模型的预测结果进行投票，如 Stacking和Blending
加权法：将多个模型的预测结果进行加权求和，如 AdaBoost和Gradient Boosting
集成学习可以提高
01
分类问题的准确率
集成学习可以处理
04
不平衡分类问题
02
集成学习可以降低
分类问题的方差
03
集成学习可以处理
高维分类问题
集成学习在回归问题中的应用
集成学习可以提高回归问 题的预测精度
集成学习可以降低回归问 题的过拟合风险
集成学习可以处理回归问 题的非线性特征
集成学习可以提高回归问 题的泛化能力
02
模型选择：如何选择合适的模型进行集成，以提高整体性能
03
模型融合：如何将不同模型的结果进行融合，以获得更好的预测效果
04
计算复杂度：集成学习通常需要较高的计算资源，如何降低计算复杂度是一 个挑战
集成学习的发展趋势
01 深度学习与集成学习的结合： 02 集成学习的可解释性：研究
人工智能与机器学习应用作业指导书
人工智能与机器学习应用作业指导书第1章人工智能与机器学习基础 (3)1.1 人工智能概述 (3)1.1.1 定义与分类 (3)1.1.2 发展历程 (3)1.1.3 应用领域 (3)1.2 机器学习基本概念 (3)1.2.1 定义 (3)1.2.2 学习类型 (3)1.2.3 评估指标 (4)1.3 数据预处理 (4)1.3.1 数据清洗 (4)1.3.2 特征工程 (4)1.3.3 数据变换 (4)1.3.4 数据采样 (4)第2章线性回归 (4)2.1 线性回归原理 (4)2.2 最小二乘法 (4)2.3 梯度下降法 (5)第3章逻辑回归与分类 (5)3.1 逻辑回归 (5)3.1.1 基本原理 (5)3.1.2 模型构建与优化 (6)3.2 模型评估指标 (6)3.2.1 准确率（Accuracy） (6)3.2.2 精确率（Precision） (6)3.2.3 召回率（Recall） (7)3.2.4 F1分数（F1 Score） (7)3.3 其他分类算法 (7)3.3.1 支持向量机（Support Vector Machine，SVM） (7)3.3.2 决策树（Decision Tree） (7)3.3.3 随机森林（Random Forest） (7)3.3.4 神经网络（Neural Networks） (7)第4章决策树与随机森林 (7)4.1 决策树基本原理 (7)4.2 特征选择 (8)4.3 随机森林 (8)第5章支持向量机 (8)5.1 支持向量机原理 (9)5.1.1 最大间隔分类 (9)5.1.2 硬间隔与软间隔 (9)5.1.3 对偶问题 (9)5.2 核函数 (9)5.2.1 常见核函数 (9)5.2.2 核函数的选择 (9)5.3 支持向量回归 (9)5.3.1 ε支持向量回归 (10)5.3.2SVR的优化目标 (10)5.3.3SVR的核函数 (10)第6章人工神经网络 (10)6.1 神经元模型 (10)6.1.1 神经元结构 (10)6.1.2 激活函数 (10)6.2 感知机 (10)6.2.1 感知机模型 (11)6.2.2 感知机学习算法 (11)6.3 反向传播算法 (11)6.3.1 算法原理 (11)6.3.2 算法流程 (11)第7章深度学习 (11)7.1 卷积神经网络 (11)7.1.1 基本原理 (12)7.1.2 结构与特点 (12)7.1.3 应用场景 (12)7.2 循环神经网络 (12)7.2.1 基本原理 (12)7.2.2 结构与特点 (12)7.2.3 应用场景 (12)7.3 对抗网络 (13)7.3.1 基本原理 (13)7.3.2 结构与特点 (13)7.3.3 应用场景 (13)第8章集成学习 (13)8.1 集成学习概述 (13)8.2 Bagging算法 (13)8.3 Boosting算法 (14)第9章聚类分析 (14)9.1 聚类基本概念 (14)9.2 K均值聚类 (14)9.3 层次聚类 (15)第10章机器学习应用实践 (15)10.1 数据挖掘与可视化 (15)10.2 文本分类与情感分析 (16)10.3 语音识别与合成 (16)10.4 计算机视觉与图像识别 (16)第1章人工智能与机器学习基础1.1 人工智能概述1.1.1 定义与分类人工智能（Artificial Intelligence，）是指使计算机系统模拟人类智能行为，进行感知、推理、学习和解决问题的技术。
《机器学习》（周志华）西瓜书读书笔记（完结）
《机器学习》（周志华）西⽠书读书笔记（完结）⼤部分基础概念知识已经在这篇博客中罗列,因此本⽂仅对感觉重要或不曾了解的知识点做摘记第1章绪论对于⼀个学习算法a,若它在某问题上⽐学习算法b好,则必然存在另⼀些问题,在那⾥b⽐a好.即"没有免费的午餐"定理(No FreeLunch Theorem,NFL).因此要谈论算法的相对优劣,必须要针对具体的学习问题第2章模型评估与选择m次n折交叉验证实际上进⾏了m*n次训练和测试可以⽤F1度量的⼀般形式Fβ来表达对查准率/查全率的偏好:偏差度量了学习算法的期望预测与真实结果的偏离程度,即学习算法本⾝的拟合能⼒,⽅差度量了同样⼤⼩的训练集的变动所导致的学习性能的变化,即数据扰动造成的影响.噪声表达了当前任务上任何学习算法所能达到的期望泛化误差的下界,即学习问题本⾝的难度.第3章线性模型线性判别分析(LDA)是⼀种经典的监督线性降维⽅法:设法将训练样例投影到⼀条直线上,使同类样例的投影点尽可能接近,异类样例的投影点尽可能远离.对新样本分类时根据投影点的位置来确定类别.多分类学习的分类器⼀般有以下三种策略:1. ⼀对⼀(OvO),N个类别产⽣N * (N - 1) / 2种分类器2. ⼀对多(OvR或称OvA),N个类别产⽣N - 1种分类器3. 多对多(MvM),如纠错输出码技术解决类别不平衡问题的三种⽅法:1. 过采样法,增加正例使正负例数⽬接近,如SMOTE:思想是合成新的少数类样本,合成的策略是对每个少数类样本a,从它的最近邻中随机选⼀个样本b,然后在a、b之间的连线上随机选⼀点作为新合成的少数类样本.2. ⽋采样法,减少负例使正负例数⽬接近,如EasyEnsemble:每次从⼤多数类中抽取和少数类数⽬差不多的重新组合,总共构成n个新的训练集,基于每个训练集训练出⼀个AdaBoost分类器（带阈值）,最后结合之前训练分类器结果加权求和减去阈值确定最终分类类别.3. 再缩放法第4章决策树ID3决策树选择信息增益最⼤的属性来划分:1. 信息熵:2. 信息增益:C4.5决策树选择增益率⼤的属性来划分,因为信息增益准则对可取值数⽬较多的属性有所偏好.但增益率会偏好于可取值数⽬较少的属性,因此C4.5算法先找出信息增益⾼于平均⽔平的属性,再从中选择增益率最⾼的.另外,C4.5决策树采⽤⼆分法对连续值进⾏处理,使⽤时将划分阈值t作为参数,选择使信息增益最⼤的t划分属性.采⽤样本权值对缺失值进⾏处理,含有缺失值的样本同时划⼊所有结点中,但相应调整权重.1. 增益率:2. a的固有值:CART决策树则选择基尼指数最⼩的属性来划分,基尼系数反映了从数据集中随机抽取的两个样本类别不⼀致的概率,注意CART是⼆叉树,其余两种都为多叉树.1. 基尼值衡量的纯度:2. 基尼指数:剪枝是决策树对付过拟合的主要⼿段,分为预剪枝和后剪枝.1. 预剪枝对每个结点在划分前先进⾏估计,若该结点的划分不能带来决策树泛化性能提升,则停⽌划分.预剪枝基于"贪⼼"本质,所以有⽋拟合的风险.2. 后剪枝是先⽣成⼀棵完整的决策树,然后⾃底向上对⾮叶结点考察,若该结点替换为叶结点能带来决策树泛化性能提升,则将⼦树替换为叶结点.缺点是时间开销⼤.决策树所形成的分类边界是轴平⾏的,多变量决策树(斜决策树)的每⼀个⾮叶结点都是⼀个线性分类器,因此可以产⽣斜的划分边界.第5章神经⽹络误差逆传播算法(BP算法)是迄今为⽌最成功的神经⽹络学习算法.关键点在于通过计算误差不断逆向调整隐层神经元的连接权和阈值.标准BP算法每次仅针对⼀个训练样例更新,累积BP算法则根据训练集上的累积误差更新.缓解BP神经⽹络过拟合有两种常见策略:1. 早停:若训练集误差降低但验证集误差升⾼则停⽌训练.2. 正则化:在误差⽬标函数中增加⼀个描述⽹络复杂度的部分(较⼩的连接权和阈值将使神经⽹络较为平滑).跳出局部最⼩,寻找全局最⼩的常⽤⽅法:1. 以多组不同参数初始化多个神经⽹络,选择最接近全局最⼩的2. 模拟退⽕3. 随机梯度下降典型的深度学习模型就是很深层的神经⽹络.但是多隐层神经⽹络难以直接⽤经典算法进⾏训练,因为误差在多隐层内逆传播时往往会发散.⽆监督逐层训练(如深层信念⽹络,DBN)和权共享(如卷积神经⽹络,CNN)是常⽤的节省训练开销的策略.第6章⽀持向量机⽀持向量机中的原始样本空间不⼀定存在符合条件的超平⾯,但是如果原始空间是有限维,则总存在⼀个⾼维特征空间使样本线性可分.核函数就是⽤来简化计算⾼维特征空间中的内积的⼀种⽅法.核函数选择是⽀持向量机的最⼤变数.常⽤的核函数有线性核,多项式核,⾼斯核(RBF核),拉普拉斯核,Sigmoid核.对⽂本数据常⽤线性核,情况不明时可先尝试⾼斯核.软间隔是缓解⽀持向量机过拟合的主要⼿段,软间隔允许某些样本不满⾜约束.⽀持向量回归可以容忍预测输出f(x)和真实输出y之间存在ε的偏差,仅当偏差绝对值⼤于ε时才计算损失.⽀持向量机中许多规划问题都使⽤拉格朗⽇对偶算法求解,原因在于改变了算法复杂度.原问题的算法复杂度与样本维度有关,对偶问题的样本复杂度与样本数量有关.如果使⽤了升维的⽅法,则此时样本维度会远⼤于样本数量,在对偶问题下求解会更好.第7章贝叶斯分类基于贝叶斯公式来估计后验概率的困难在于类条件概率是所有属性上的联合概率,难以从有限的训练样本直接估计⽽得.因此朴素贝叶斯分类器采⽤了"属性条件独⽴性假设"来避开这个障碍.朴素贝叶斯分类器中为了避免其他属性携带的信息被训练集中未出现的属性值"抹去",在估计概率值时通常要进⾏"平滑",常⽤拉普拉斯修正.属性条件独⽴性假设在现实中往往很难成⽴,于是半朴素贝叶斯分类器采⽤"独依赖估计(ODE)",即假设每个属性在类别之外最多仅依赖于⼀个其他属性.在此基础上有SPODE,TAN,AODE等算法.贝叶斯⽹⼜称信念⽹,借助有向⽆环图来刻画属性之间的依赖关系,并⽤条件概率表来描述属性的联合概率分布.半朴素贝叶斯分类器是贝叶斯⽹的⼀种特例.EM(Expectation-Maximization)算法是常⽤的估计参数隐变量的⽅法.基本思想是:若参数θ已知,则可根据训练数据推断出最优隐变量Z的值(E);若Z的值已知,则可⽅便地对参数θ做极⼤似然估计(M).第8章集成学习集成学习先产⽣⼀组个体学习器,再⽤某种策略将它们结合起来.如果集成中只包含同种类型的个体学习器则叫同质集成,其中的个体学习器称为基学习器,相应的学习算法称为基学习算法.如果包含不同类型的个体学习器则叫异质集成,其中的学习器常称为组件学习器.要获得好的集成,个体学习器应"好⽽不同".即要有⼀定的准确性,并且要有多样性.⽬前的集成学习⽅法⼤致分为两⼤类:1. 序列化⽅法:个体学习器间存在强依赖关系,必须串⾏⽣成.2. 并⾏化⽅法:个体学习器间不存在强依赖关系,可同时⽣成.Boosting先从初始训练集训练出⼀个基学习器,再根据基学习器的表现对训练样本分布进⾏调整,使做错的训练样本在后续受到更多关注(给予更⼤的权重或重采样).然后基于调整后的样本分布来训练下⼀个基学习器;直到基学习器的数⽬达到指定值T之后,将这T个基学习器加权结合.Boosting主要关注降低偏差,因此能基于泛化性能相当弱的学习器构建出很强的集成.代表算法有AdaBoost.Bagging是并⾏式集成学习⽅法最著名的代表.它基于⾃助采样法,采样出T个含m个训练样本的采样集,基于每个采样集训练出⼀个基学习器,再将这些基学习器进⾏简单结合.在对预测输出进⾏结合时,常对分类任务使⽤投票法,对回归任务使⽤平均法.Bagging主要关注降低⽅差,因此在不剪枝决策树,神经⽹络等易受样本扰动的学习器上效⽤更明显.代表算法有随机森林.随机森林在以决策树为基学习器构建Bagging的基础上,进⼀步引⼊了随机属性选择.即先从属性集合(假定有d个属性)中随机选择⼀个包含k个属性的⼦集,再从这个⼦集中选择⼀个最优属性进⾏划分.当k=d时,基决策树与传统决策树相同.当k=1时,则随机选择⼀个属性⽤于划分.⼀般推荐k=log2d.学习器结合可能会从三个⽅⾯带来好处:1. 统计:可能有多个假设在训练集上达到同等性能,单学习器可能因误选⽽导致泛化性能不佳,结合多个学习器会减⼩这⼀风险.2. 计算:通过多次运⾏之后进⾏结合,降低陷⼊糟糕局部极⼩点的风险.3. 表⽰:结合多个学习器,相应的假设空间有所扩⼤,有可能学得更好的近似.结合策略:1. 平均法:对数值型输出,最常见的策略是平均法.⼀般⽽⾔,在个体学习器性能相差较⼤时使⽤加权平均法,性能相近时使⽤简单平均法.权重⼀般也是从训练数据中学习⽽得.2. 投票法:对分类任务来说,最常见的策略是投票法.⼜可细分为绝对多数投票法,相对多数投票法,加权投票法.绝对多数投票法允许"拒绝预测",若必须提供预测结果则退化为相对多数投票法.若基学习器的类型不同,则类概率值不能直接⽐较,需要将类概率输出转化为类标记输出后再投票.3. 学习法:当训练数据很多时,⼀种更强⼤的策略是通过另⼀个学习器来结合.Stacking是学习法的典型代表.我们把个体学习器称为初级学习器,⽤于结合的学习器称为次级学习器或元学习器.Stacking⽤初级学习器的输出作为样例输⼊特征,⽤初始样本的标记作为样例标记,然后⽤这个新数据集来训练次级学习器.⼀般⽤初级学习器的输出类概率作为次级学习器的输⼊属性,⽤多响应线性回归(Multi-response Linear Regression,MLR)作为次级学习算法效果较好.多样性增强常⽤的⽅法有:数据样本扰动,输⼊属性扰动,输出表⽰扰动,算法参数扰动.第9章聚类聚类既能作为⼀个找寻数据内在分布结构的单独过程,也可以作为其他学习任务的前驱过程.我们希望"物以类聚",也就是聚类结果的"簇内相似度"⾼且"簇间相似度"低.聚类性能度量⼤致有两类.⼀类是将聚类结果与参考模型进⾏⽐较,称为外部指标,常⽤的有JC,FMI,RI;另⼀类是直接考察聚类结果,称为内部指标,常⽤的有DBI,DI.有序属性距离计算最常⽤的是闵可夫斯基距离,当p=2时即欧⽒距离,当p=1时即曼哈顿距离.对⽆序属性可采⽤VDM(Value Difference Metric),将闵可夫斯基距离和VDM结合即可处理混合属性,当不同属性的重要性不同时可使⽤加权距离.我们基于某种形式的距离来定义相似度度量,但是⽤于相似度度量的距离未必⼀定要满⾜距离度量的基本性质,尤其是直递性.在现实任务中有必要通过距离度量学习来基于数据样本确定合适的距离计算式.原型聚类假设聚类结构能通过⼀组原型刻画.通常算法先对原型进⾏初始化,然后对原型进⾏迭代更新求解.常⽤的原型聚类算法有k均值算法,学习向量量化,⾼斯混合聚类.密度聚类假设聚类结构能通过样本分布的紧密程度确定.通常从样本密度的⾓度来考察样本之间的可连接性,并基于可连接样本不断扩展聚类簇.常⽤算法有DBSCAN层次聚类试图在不同层次对数据集进⾏划分,从⽽形成树形的聚类结构.代表算法有AGNES.第10章降维与度量学习懒惰学习在训练阶段只把样本保存起来,训练时间开销为零,待收到测试样本后再进⾏处理,如k近邻学习(kNN).急切学习则在训练阶段就对样本进⾏学习处理.若任意测试样本x附近任意⼩的δ距离范围内总能找到⼀个训练样本,即训练样本的采样密度⾜够⼤,或称为密采样,则最近邻分类器(1NN)的泛化错误率不超过贝叶斯最优分类器的错误率的两倍.在⾼维情形下出现的数据样本稀疏,距离计算困难等问题称为"维数灾难".处理⾼维数据的两⼤主流技术是降维和特征选择.降维亦称维数约简,即通过某种数学变换将原始⾼维属性空间转变为⼀个低维⼦空间.能进⾏降维的原因是与学习任务密切相关的或许仅仅是数据样本的某个低维分布,⽽不是原始⾼维空间的样本点.多维缩放是⼀种经典的降维⽅法.它使原始空间中样本之间的距离在低维空间中得以保持.主成分分析(PCA)是最常⽤的⼀种降维⽅法.如果要⽤⼀个超平⾯对所有样本进⾏恰当的表达,这个超平⾯应该具有最近重构性和最⼤可分性两种性质.基于这两种性质可以得到主成分分析的等价推导.PCA可以使样本的采样密度增⼤,同时在⼀定程度上起到去噪的效果.线性降维⽅法有可能丢失低维结构,因此要引⼊⾮线性降维.⼀种常⽤⽅法是基于核技巧对线性降维⽅法进⾏核化.如核主成分分析(KPCA).流形学习(manifold learning)是⼀类借鉴了拓扑流形概念的降维⽅法.流形在局部具有欧⽒空间性质.将低维流形嵌⼊到⾼维空间中,可以容易地在局部建⽴降维映射关系,再设法将局部映射关系推⼴到全局.常⽤的流形学习⽅法有等度量映射和局部线性嵌⼊等.对⾼维数据进⾏降维的主要⽬的是找到⼀个合适的低维空间.事实上,每个空间对应了在样本属性上定义的⼀个距离度量,度量学习直接尝试学习出⼀个合适的距离度量.常⽤⽅法有近邻成分分析(NCA).第11章特征选择与稀疏学习对当前学习任务有⽤的属性称为相关特征,没什么⽤的属性称为⽆关特征.从给定特征集合中选择出相关特征⼦集的过程称为特征选择.特征选择是⼀个重要的数据预处理过程.冗余特征是指包含的信息可以从其他特征中推演出来的特征.冗余特征在很多时候不起作⽤,但若某个冗余特征恰好对应了完成学习任务所需的中间概念,则该冗余特征反⽽是有益的.⼦集搜索:可以采⽤逐渐增加相关特征的前向搜索,每次在候选⼦集中加⼊⼀个特征,选取最优候选⼦集.也可以采⽤每次去掉⼀个⽆关特征的后向搜索.这些策略是贪⼼的,但是避免了穷举搜索产⽣的计算问题.⼦集评价:特征⼦集A确定了对数据集D的⼀个划分,样本标记信息Y对应着对D的真实划分,通过估算这两个划分的差异就能对A进⾏评价.可采⽤信息熵等⽅法.过滤式选择先对数据集进⾏特征选择,然后再训练学习器,特征选择过程与后续学习器⽆关.Relief(Relevant Features)是⼀种著名的过滤式选择⽅法.该⽅法设计了⼀个相关统计量来度量特征的重要性.包裹式选择直接把最终将要使⽤的学习器的性能作为特征⼦集的评价标准.因此产⽣的最终学习器的性能较好,但训练时的计算开销也更⼤.LVW(Las Vegas Wrapper)是⼀个典型的包裹式特征选择⽅法,它在拉斯维加斯⽅法框架下使⽤随机策略来进⾏⼦集搜索,并以最终分类器的误差为特征⼦集评价准则.嵌⼊式选择是将特征选择过程与学习器训练过程融为⼀体,两者在同⼀个优化过程中完成.例如正则化.L1正则化(Lasso)是指权值向量w中各个元素的绝对值之和.L1正则化趋向选择少量的特征,使其他特征尽可能为0,可以产⽣稀疏权值矩阵,即产⽣⼀个稀疏模型,可以⽤于特征选择.L1正则化是L0正则化的最优凸近似.L2正则化(Ridge)是指权值向量w中各个元素的平⽅和然后再求平⽅根.L2正则化趋向选择更多的特征,让这些特征尽可能接近0,可以防⽌模型过拟合(L1也可以).字典学习也叫稀疏编码,指的是为普通稠密表达的样本找到合适的字典,将样本转化为合适的稀疏表达形式,从⽽使学习任务得以简化,模型复杂度得以降低的过程.压缩感知关注的是利⽤信号本⾝的稀疏性,从部分观测样本中恢复原信号.分为感知测量和重构恢复两个阶段,其中重构恢复⽐较重要.可利⽤矩阵补全等⽅法来解决推荐系统之类的协同过滤(collaborative filtering)任务.由于第⼀次阅读,12章开始的内容仅作概念性了解.第12章计算学习理论计算学习理论研究的是关于通过计算来进⾏学习的理论,⽬的是分析学习任务的困难本质,为学习算法提供理论保证,并提供分析结果指导算法设计.计算学习理论中最基本的是概率近似正确(Probably Approximately Correct,PCA)学习理论.由此可以得到PAC辨识,PAC可学习,PAC学习算法,样本复杂度等概念.有限假设空间的可分情形都是PAC可学习的.对于不可分情形,可以得到不可知PAC可学习的概念,即在假设空间的所有假设中找到最好的⼀个.对⼆分类问题来说,假设空间中的假设对数据集中⽰例赋予标记的每种可能结果称为对数据集的⼀种对分.若假设空间能实现数据集上的所有对分,则称数据集能被假设空间打散.假设空间的VC维是能被假设空间打散的最⼤数据集的⼤⼩.算法的稳定性考察的是算法在输⼊发⽣变化时,输出是否会随之发⽣较⼤的变化.第13章半监督学习主动学习是指先⽤有标记样本训练⼀个模型,通过引⼊额外的专家知识,将部分未标记样本转变为有标记样本,每次都挑出对改善模型性能帮助⼤的样本,从⽽构建出⽐较强的模型.未标记样本虽未直接包含标记信息,但若它们与有标记样本是从同样的数据源独⽴同分布采样⽽来,则它们所包含的关于数据分布的信息对建模⼤有裨益.要利⽤未标记样本,需要有⼀些基本假设,如聚类假设,流形假设.半监督学习可进⼀步划分为纯半监督学习和直推学习.前者假定训练数据中的未标记样本并⾮待预测的数据,⽽后者则假定学习过程中所考虑的未标记样本恰是待预测数据.⽣成式⽅法是直接基于⽣成式模型的⽅法.此类⽅法假设所有数据都是由同⼀个潜在的模型⽣成的.这个假设使得我们能通过潜在模型的参数将未标记数据与学习⽬标联系起来.半监督⽀持向量机(S3VM)是⽀持向量机在半监督学习上的推⼴.S3VM试图找到能将两类有标记样本分开,且穿过数据低密度区域的划分超平⾯.除此之外,还有图半监督学习,基于分歧的⽅法(如协同训练),半监督聚类等学习⽅法.第14章概率图模型机器学习最重要的任务,是根据⼀些已观察到的证据来对感兴趣的未知变量进⾏估计和推测.⽣成式模型考虑联合分布P(Y,R,O),判别式模型考虑条件分布P(Y,R|O).概率图模型是⼀类⽤图来表达变量相关关系的概率模型.若变量间存在显式的因果关系,常使⽤贝叶斯⽹.若变量间存在相关性但难以获取显式的因果关系,常使⽤马尔可夫⽹.隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)是结构最简单的动态贝叶斯⽹.主要⽤于时序数据建模,在语⾳识别,⾃然语⾔处理等领域有⼴泛应⽤.隐马尔可夫模型中有状态变量(隐变量)和观测变量两组变量.马尔可夫链:系统下⼀时刻的状态仅有当前状态决定,不依赖于以往的任何状态.马尔可夫随机场(Markov Random Field,MRF)是典型的马尔可夫⽹.每⼀个结点表⽰⼀个或⼀组变量,结点之间的边表⽰两个变量之间的依赖关系.条件随机场是判别式模型,可看作给定观测值的马尔可夫随机场.概率图模型的推断⽅法⼤致分为两类.第⼀类是精确推断,代表性⽅法有变量消去和信念传播.第⼆类是近似推断,可⼤致分为采样(如MCMC采样)和使⽤确定性近似完成近似推断(如变分推断).第15章规则学习规则学习是指从训练数据中学习出⼀组能⽤于对未见⽰例进⾏判别的规则.规则学习具有较好的可解释性,能使⽤户直观地对判别过程有所了解.规则学习的⽬标是产⽣⼀个能覆盖尽可能多的样例的规则集,最直接的做法是序贯覆盖,即逐条归纳:每学到⼀条规则,就将该规则覆盖的训练样例去除.常采⽤⾃顶向下的⽣成-测试法.规则学习缓解过拟合的常见做法是剪枝,例如CN2,REP,IREP等算法.著名的规则学习算法RIPPER就是将剪枝与后处理优化相结合.命题规则难以处理对象之间的关系,因此要⽤⼀阶逻辑表⽰,并且要使⽤⼀阶规则学习.它能更容易地引⼊领域知识.著名算法有FOIL(First-Order Inductive Learner)等.第16章强化学习强化学习的⽬的是要找到能使长期累积奖赏最⼤化的策略.在某种意义上可看作具有"延迟标记信息"的监督学习问题.每个动作的奖赏值往往来⾃于⼀个概率分布,因此强化学习会⾯临"探索-利⽤窘境",因此要在探索和利⽤中达成较好的折中.ε-贪⼼法在每次尝试时以ε的概率进⾏探索,以均匀概率随机选取⼀个动作.以1-ε的概率进⾏利⽤,选择当前平均奖赏最⾼的动作.Softmax算法则以较⾼的概率选取平均奖赏较⾼的动作.强化学习任务对应的马尔可夫决策过程四元组已知的情形称为模型已知.在已知模型的环境中学习称为"有模型学习".反之称为"免模型学习".从⼈类专家的决策过程范例中学习的过程称为模仿学习.。
集成学习课件ppt
理论完善
理论分析
对集成学习的理论进行分析和探 讨，例如对集成学习中的多样性 、冗余性和偏差的分析，以及对 集成学习中的泛化性能和鲁棒性 的研究。
基础理论
进一步完善集成学习的基础理论 ，例如对集成学习中各个组件（ 基础学习器、集成方式等）的理 论研究。
算法解释
对集成学习的算法进行深入解释 ，例如对集成学习中的各种算法 原理和数学推导进行详细阐述， 以提高人们对集成学习的理解和 应用能力。
强调多个学习器之间的协作和集 成；
可以处理具有高维特征和复杂数 据分布的问题。
集成学习的基本思想
多样性
通过构建多个不同的学习器，增加它们之间的差异性和多样性， 以覆盖更广泛的数据分布和特征空间。
结合
将多个学习器组合起来，利用它们的预测结果进行集成，以产生更 准确和稳定的预测结果。
优化
通过优化集成策略和权重分配，以最大化整体性能和预测精度。
03
集成学习的应用场景
分类问题
垃圾邮件识别
通过集成多个分类器，对垃圾邮件进行高效准确的分类。
人脸识别
利用集成学习方法，将不同的人脸特征进行分类，实现人脸识别 功能。
情感分析
通过集成分类器，对文本进行情感极性判断，用于情感分析。
回归问题
01
02
03
股票价格预测
通过集成多个回归模型， 预测股票价格的走势。
THANKS
感谢观看
Boosting算法
总结词
通过将多个弱学习器组合成一个强学习器，Boosting算法能够提高模型的预测精度和 稳定性。
详细描述
Boosting算法是一种通过迭代地训练多个弱学习器并将其组合起来的方法。在每个迭 代步骤中，算法根据之前弱学习器的错误率来调整训练数据的权重，以便在后续迭代中 更好地学习。Boosting算法可以应用于分类、回归等多种机器学习任务，其中最为著