山东大学计算机学院机器学习实验一贝叶斯分类
贝叶斯分类器的基本原理
贝叶斯分类器的基本原理1.先验概率：在进行分类之前，我们需要知道每个类别的先验概率。
先验概率是指在没有其他信息的情况下，每个类别出现的概率。
例如，在对电子邮件进行垃圾邮件分类时，如果我们有大量的垃圾邮件和非垃圾邮件，我们可以假设垃圾邮件的先验概率更高，因为通常来说，收到的电子邮件中垃圾邮件的数量更多。
2.似然函数：似然函数用于计算给定类别下，一些样本的概率。
在贝叶斯分类器中，我们需要对给定样本的特征进行建模，并计算给定类别下观察到这些特征的概率。
例如，在垃圾邮件分类的例子中，我们可以建立一个似然函数来计算垃圾邮件中包含一些关键字的概率。
3.后验概率：后验概率是指在观察到新的证据后，每个类别的概率。
后验概率是通过先验概率和似然函数计算得出的，根据贝叶斯定理，后验概率可以通过先验概率和似然函数的乘积来计算。
4.最大后验概率估计：在进行分类时，贝叶斯分类器会选择具有最大后验概率的类别作为最终的分类结果。
即在给定观测数据下，选择使后验概率最大的类别作为分类结果。
1.能够很好地处理多类别的分类问题：贝叶斯分类器能够有效地处理多类别的分类问题，而且能够在训练过程中自动地学习不同类别之间的关系。
2.能够处理高维度的特征：贝叶斯分类器可以很好地处理高维度的特征，而且在处理高维度数据时，它的性能通常比其他分类算法更好。
3.对缺失数据具有鲁棒性：贝叶斯分类器在处理有缺失数据的情况下具有很强的鲁棒性。
它能够根据训练数据的先验概率和特征之间的相关性进行推断，并给出合适的分类结果。
然而，贝叶斯分类器也存在一些限制：1.对于大规模数据的处理能力有限：由于贝叶斯分类器需要计算多个类别下的似然函数和后验概率，因此在处理大规模数据时，其计算复杂度较高，会导致分类速度变慢。
2.对于特征之间相关性较高的情况，可能会产生误差：对于特征之间相关性较高的情况，贝叶斯分类器可能会产生误差，因为它假设各个特征之间相互独立。
3.需要确定先验概率的合理假设：贝叶斯分类器需要先验概率的先验知识。
《模式识别》实验报告-贝叶斯分类
《模式识别》实验报告---最小错误率贝叶斯决策分类一、实验原理对于具有多个特征参数的样本（如本实验的iris 数据样本有4d =个参数），其正态分布的概率密度函数可定义为112211()exp ()()2(2)T d p π-⎧⎫=--∑-⎨⎬⎩⎭∑x x μx μ 式中，12,,,d x x x ⎡⎤⎣⎦=x 是d 维行向量，12,,,d μμμ⎡⎤⎣⎦=μ是d 维行向量，∑是d d ⨯维协方差矩阵，1-∑是∑的逆矩阵，∑是∑的行列式。
本实验我们采用最小错误率的贝叶斯决策，使用如下的函数作为判别函数()(|)(),1,2,3i i i g p P i ωω==x x （3个类别）其中()i P ω为类别i ω发生的先验概率，(|)i p ωx 为类别i ω的类条件概率密度函数。
由其判决规则，如果使()()i j g g >x x 对一切j i ≠成立，则将x 归为i ω类。
我们根据假设：类别i ω，i=1,2,……,N 的类条件概率密度函数(|)i p ωx ，i=1,2,……,N 服从正态分布，即有(|)i p ωx ~(,)i i N ∑μ，那么上式就可以写为1122()1()exp ()(),1,2,32(2)T i i dP g i ωπ-⎧⎫=-∑=⎨⎬⎩⎭∑x x -μx -μ对上式右端取对数，可得111()()()ln ()ln ln(2)222T i i i i dg P ωπ-=-∑+-∑-i i x x -μx -μ上式中的第二项与样本所属类别无关，将其从判别函数中消去，不会改变分类结果。
则判别函数()i g x 可简化为以下形式111()()()ln ()ln 22T i i i i g P ω-=-∑+-∑i i x x -μx -μ二、实验步骤（1）从Iris.txt 文件中读取估计参数用的样本，每一类样本抽出前40个，分别求其均值，公式如下11,2,3ii iii N ωωω∈==∑x μxclear% 原始数据导入iris = load('C:\MATLAB7\work\模式识别\iris.txt'); N=40;%每组取N=40个样本%求第一类样本均值 for i = 1:N for j = 1:4w1(i,j) = iris(i,j+1); end endsumx1 = sum(w1,1); for i=1:4meanx1(1,i)=sumx1(1,i)/N; end%求第二类样本均值 for i = 1:N for j = 1:4 w2(i,j) = iris(i+50,j+1);end endsumx2 = sum(w2,1); for i=1:4meanx2(1,i)=sumx2(1,i)/N; end%求第三类样本均值 for i = 1:N for j = 1:4w3(i,j) = iris(i+100,j+1); end endsumx3 = sum(w3,1); for i=1:4meanx3(1,i)=sumx3(1,i)/N; end（2）求每一类样本的协方差矩阵、逆矩阵1i -∑以及协方差矩阵的行列式i ∑， 协方差矩阵计算公式如下11()(),1,2,3,41i ii N i jklj j lk k l i x x j k N ωωσμμ==--=-∑其中lj x 代表i ω类的第l 个样本，第j 个特征值；ij ωμ代表i ω类的i N 个样品第j 个特征的平均值lk x 代表i ω类的第l 个样品，第k 个特征值；iw k μ代表i ω类的i N 个样品第k 个特征的平均值。
实验一图像的贝叶斯分类一、实验目...
实验一图像的贝叶斯分类一、实验目的将模式识别方法与图像处理技术相结合，掌握利用最小错分概率贝叶斯分类器进行图像分类的基本方法，通过实验加深对基本概念的理解。
二、实验仪器设备及软件HP D538、MATLAB三、实验原理1 基本原理阈值化分割算法是计算机视觉中的常用算法，对灰度图象的阈值分割就是先确定一个处于图像灰度取值范围内的灰度阈值，然后将图像中每个像素的灰度值与这个阈值相比较。
并根据比较的结果将对应的像素划分为两类，灰度值大于阈值的像素划分为一类，小于阈值的划分为另一类，等于阈值的可任意划分到两类中的任何一类。
此过程中，确定阈值是分割的关键。
对一般的图像进行分割处理通常对图像的灰度分布有一定的假设，或者说是基于一定的图像模型。
最常用的模型可描述如下：假设图像由具有单峰灰度分布的目标和背景组成，处于目标和背景内部相邻像素间的灰度值是高度相关的，但处于目标和背景交界处两边的像素灰度值有较大差别，此时，图像的灰度直方图基本上可看作是由分别对应于目标和背景的两个单峰直方图混合构成。
而且这两个分布应大小接近，且均值足够远，方差足够小，这种情况下直方图呈现较明显的双峰。
类似地，如果图像中包含多个单峰灰度目标，则直方图可能呈现较明显的多峰。
上述图像模型只是理想情况，有时图像中目标和背景的灰度值有部分交错。
这时如用全局阈值进行分割必然会产生一定的误差。
分割误差包括将目标分为背景和将背景分为目标两大类。
实际应用中应尽量减小错误分割的概率，常用的一种方法为选取最优阈值。
这里所谓的最优阈值，就是指能使误分割概率最小的分割阈值。
图像的直方图可以看成是对灰度值概率分布密度函数的一种近似。
如一幅图像中只包含目标和背景两类灰度区域，那么直方图所代表的灰度值概率密度函数可以表示为目标和背景两类灰度值概率密度函数的加权和。
如果概率密度函数形式已知，就有可能计算出使目标和背景两类误分割概率最小的最优阈值。
假设目标与背景两类像素值均服从正态分布且混有加性高斯噪声，上述分类问题可以使用模式识别中的最小错分概率贝叶斯分类器来解决。
贝叶斯分类
详解贝叶斯分类器1.贝叶斯决策论贝叶斯分类器是一类分类算法的总称，贝叶斯定理是这类算法的核心，因此统称为贝叶斯分类。
贝叶斯决策论通过相关概率已知的情况下利用误判损失来选择最优的类别分类。
“风险”(误判损失)= 原本为cj的样本误分类成ci产生的期望损失，期望损失可通过下式计算：为了最小化总体风险，只需在每个样本上选择能够使条件风险R(c|x)最小的类别标记。
最小化分类错误率的贝叶斯最优分类器为：即对每个样本x，选择能使后验概率P(c|x)最大的类别标记。
利用贝叶斯判定准则来最小化决策风险，首先要获得后验概率P(c|x)，机器学习要实现的是基于有限的训练样本集尽可能准确的估计出后验概率P(c|x)。
主要有两种模型：一是“判别式模型”：通过直接建模P(c|x)来预测，其中决策树，BP神经网络，支持向量机都属于判别式模型。
另外一种是“生成式模型”：通过对联合概率模型P(x，c)进行建模，然后再获得P(c|x)。
对于生成模型来说：基于贝叶斯定理，可写为下式（1）通俗的理解：P(c)是类“先验”概率，P(x|c)是样本x相对于类标记c的类条件概率，或称似然。
p(x)是用于归一化的“证据”因子，对于给定样本x，证据因子p(x)与类标记无关。
于是，估计p(c|x)的问题变为基于训练数据来估计p(c)和p(x|c)，对于条件概率p(x|c)来说，它涉及x所有属性的联合概率。
2.极大似然估计假设p(x|c)）具有确定的形式并且被参数向量唯一确定，则我们的任务是利用训练集估计参数θc，将P（x|c）记为P（x|θc）。
令Dc表示训练集D第c类样本的集合，假设样本独立同分布，则参数θc对于数据集Dc的似然是对进行极大似然估计，就是去寻找能最大化P（Dc|θc）的参数值。
直观上看，极大似然估计是试图在θc所有可能的取值中，找到一个能使数据出现的“可能性”最大的值。
上式的连乘操作易造成下溢，通常使用对数似然：此时参数θc的极大似然估计为在连续属性情形下，假设概率密度函数，则参数和的极大似然估计为：也就是说，通过极大似然法得到的正态分布均值就是样本均值，方差就是的均值，在离散情况下，也可通过类似的方式估计类条件概率。
使用贝叶斯分类的流程
使用贝叶斯分类的流程1. 简介贝叶斯分类是一种基于贝叶斯定理的机器学习算法，常用于文本分类、垃圾邮件过滤、垃圾短信过滤等领域。
在贝叶斯分类中，我们使用统计方法来计算给定输入数据下某个类别的概率，并选择具有最高概率的类别作为预测结果。
2. 贝叶斯分类的原理贝叶斯分类基于贝叶斯定理，该定理可以表示如下：P(C|X) = (P(X|C) * P(C)) / P(X)其中，P(C|X)是给定输入X的条件下事件C发生的概率；P(X|C)是事件C发生的条件下X的概率；P(C)是事件C的先验概率；P(X)是输入X的先验概率。
贝叶斯分类的核心思想就是通过计算输入数据在各个类别下的条件概率，然后选择具有最高概率的类别作为预测结果。
3. 贝叶斯分类的流程贝叶斯分类的流程主要包括以下几个步骤：3.1 收集训练数据首先，我们需要收集一定量的训练数据。
训练数据应包含已知类别的样本，以及每个样本对应的特征数据。
3.2 数据预处理在进行贝叶斯分类之前，我们通常需要对数据进行预处理。
预处理包括去除噪声、填充缺失值、标准化等操作，以提高分类器的性能。
3.3 计算先验概率在贝叶斯分类中，先验概率指的是每个类别的概率。
在训练数据中，我们可以通过统计各个类别的样本数量，然后将其除以总样本数量得到先验概率。
3.4 计算条件概率在贝叶斯分类中，条件概率指的是给定输入数据下各个类别发生的概率。
对于离散特征，我们可以通过统计每个特征值在每个类别下的出现次数，然后除以该类别下的总样本数得到条件概率。
对于连续特征，我们通常使用概率密度函数（PDF）来估计其条件概率。
3.5 进行分类预测在计算完先验概率和条件概率之后，我们可以根据贝叶斯定理计算出给定输入数据下各个类别的后验概率。
我们选择具有最高后验概率的类别作为分类预测结果。
3.6 评估分类器性能最后，我们需要评估贝叶斯分类器的性能。
常用的评估指标包括准确率、精确率、召回率、F1分数等。
4. 示例代码以下是一个简单的使用贝叶斯分类的示例代码：from sklearn.naive_bayes import GaussianNB# 初始化贝叶斯分类器clf = GaussianNB()# 训练分类器clf.fit(X_train, y_train)# 进行分类预测y_pred = clf.predict(X_test)# 评估分类器性能accuracy = clf.score(X_test, y_test)以上代码使用scikit-learn库中的GaussianNB类实现了贝叶斯分类器的训练和预测，通过score方法可以计算分类器的准确率。
机器学习实验2-贝叶斯分类器设计
一、实验意义及目的1、掌握贝叶斯判别定理2、能利用matlab编程实现贝叶斯分类器设计3、熟悉基于matlab的算法处理函数，并能够利用算法解决简单问题二、算法原理贝叶斯定理是关于随机事件A和B的条件概率（或边缘概率）的一则定理。
其中P(A|B)是在B发生的情况下A发生的可能性公式为：贝叶斯法则：当分析样本大到接近总体数时，样本中事件发生的概率将接近于总体中事件发生的概率。
内容：（1）两类w服从正态分布，设计基于最小错误率的贝叶斯分类器，对数据进行分类。
（2）使用matlab进行Bayes判别的相关函数，实现上述要求。
（3）针对（1）中的数据，自由给出损失表，并对数据实现基于最小风险的贝叶斯分类。
三、实验内容（1）尝两类w服从正态分布，设计基于最小错误率的贝叶斯分类器，对数据进行分类。
代码清单：clc;clear all;meas=[0 0;2 0;2 2;0 2;4 4;6 4;6 6;4 6];%8x2矩阵这里一行一行2个特征[N n]=size(meas);species={'one';'one';'one';'one';'two';'two';'two';'two'};%这里也对应一行一行的sta=tabulate(species)[c k]=size(sta);priorp=zeros(c,1);for i=1:cpriorp(i)=cell2mat(sta(i,k))/100;%计算概率end%cell2mat(sta(:,2:3)) 提取数组中的数据本来sta数组中数据为矩阵不能直接用%估算类条件概率参数cpmean=zeros(c,n);cpcov=zeros(n,n,c);for i=1:ccpmean(i,:)=mean(meas(strmatch(char(sta(i,1)),species,'exact'),:));%exact精确查找cpmean放的每一类的均值点几类就几行cpcov(:,:,i)=cov(meas(strmatch(char(sta(i,1)),species,'exact'),:))*(N*priorp(i)-1)/(N*priorp(i));end%求（3 1）的后验概率x=[3 1];postp=zeros(c,1);for i=1:cpostp(i)=priorp(i)*exp(-(x-cpmean(i,:))*inv(cpcov(:,:,i))*(x-cpmean(i,:))'/2)/((2*pi)^(n/2)*det(cpcov(:,:,i)));endif postp(1)>postp(2)disp('第一类');elsedisp('第二类');end运行结果：（2）使用matlab进行Bayes判别的相关函数，实现上述要求。
机器学习——基础整理（一）贝叶斯决策论；二次判别函数；贝叶斯错误率；生成式模型的参数方法
机器学习——基础整理（⼀）贝叶斯决策论；⼆次判别函数；贝叶斯错误率；⽣成式模型的参数⽅法本⽂简单整理了以下内容：（⼀）贝叶斯决策论：最⼩错误率决策、最⼩风险决策；经验风险与结构风险（⼆）判别函数；⽣成式模型；多元⾼斯密度下的判别函数：线性判别函数LDF、⼆次判别函数QDF（三）贝叶斯错误率（四）⽣成式模型的参数估计：贝叶斯学派与频率学派；极⼤似然估计、最⼤后验概率估计、贝叶斯估计；多元⾼斯密度下的参数估计（五）朴素贝叶斯与⽂本分类（挪到了下⼀篇博客）（⼀）贝叶斯决策论：最⼩风险决策（Minimum risk decision）贝叶斯决策论（Bayesian decision theory）假设模式分类的决策可由概率形式描述，并假设问题的概率结构已知。
规定以下记号：类别有c个，为\omega_1,\omega_2,...,\omega_c；样本的特征⽮量\textbf x\in\mathbb R^d；类别\omega_i的先验概率为P(\omega_i)（prior），且\sum_{i=1}^cP(\omega_i)=1；类别\omega_i对样本的类条件概率密度为p(\textbf x|\omega_i)，称为似然（likelihood）；那么，已知样本\textbf x，其属于类别\omega_i的后验概率P(\omega_i|\textbf x)（posterior）就可以⽤贝叶斯公式来描述（假设为连续特征）：P(\omega_i|\textbf x)=\frac{p(\textbf x|\omega_i)P(\omega_i)}{p(\textbf x)}=\frac{p(\textbf x|\omega_i)P(\omega_i)}{\sum_{j=1}^cp(\textbfx|\omega_j)P(\omega_j)}分母被称为证据因⼦（evidence）。
后验概率当然也满⾜和为1，\sum_{j=1}^cP(\omega_j|\textbf x)=1。
贝叶斯分类实验报告doc
贝叶斯分类实验报告篇一：贝叶斯分类实验报告实验报告实验课程名称数据挖掘实验项目名称贝叶斯分类年级XX级专业信息与计算科学学生姓名学号 1207010220理学院实验时间：XX年12月2日学生实验室守则一、按教学安排准时到实验室上实验课，不得迟到、早退和旷课。
二、进入实验室必须遵守实验室的各项规章制度，保持室内安静、整洁，不准在室内打闹、喧哗、吸烟、吃食物、随地吐痰、乱扔杂物，不准做与实验内容无关的事，非实验用品一律不准带进实验室。
三、实验前必须做好预习（或按要求写好预习报告），未做预习者不准参加实验。
四、实验必须服从教师的安排和指导，认真按规程操作，未经教师允许不得擅自动用仪器设备，特别是与本实验无关的仪器设备和设施，如擅自动用或违反操作规程造成损坏，应按规定赔偿，严重者给予纪律处分。
五、实验中要节约水、电、气及其它消耗材料。
六、细心观察、如实记录实验现象和结果，不得抄袭或随意更改原始记录和数据，不得擅离操作岗位和干扰他人实验。
七、使用易燃、易爆、腐蚀性、有毒有害物品或接触带电设备进行实验，应特别注意规范操作，注意防护；若发生意外，要保持冷静，并及时向指导教师和管理人员报告，不得自行处理。
仪器设备发生故障和损坏，应立即停止实验, 并主动向指导教师报告，不得自行拆卸查看和拼装。
八、实验完毕，应清理好实验仪器设备并放回原位，清扫好实验现场，经指导教师检查认可并将实验记录交指导教师检查签字后方可离去。
九、无故不参加实验者，应写出检查，提出申请并缴纳相应的实验费及材料消耗费，经批准后，方可补做。
十、自选实验，应事先预约，拟订出实验方案，经实验室主任同意后，在指导教师或实验技术人员的指导下进行。
H^一、实验室内一切物品未经允许严禁带出室外，确需带出，必须经过批准并办理手续。
学生所在学院：理学院专业：信息与计算科学班级: 信计121篇二：数据挖掘-贝叶斯分类实验报告实验报告实验课程名称数据挖掘实验项目名称贝叶斯的实现年级专业学生姓名学号00学院实验时间：年月曰13篇三：模式识别实验报告贝叶斯分类器模式识别理论与方法课程作业实验报告实验名称：Generating Pattern Classes 实验编号：Proj02-01规定提交日期：XX年3月30日实际提交日期：XX年3 月24日摘要：在熟悉贝叶斯分类器基本原理基础上，通过对比分类特征向量维数差异而导致分类正确率发生的变化，验证了“增加特征向量维数，可以改善分类结果”。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.一个特征值:分类错误率为0.3，界定误差0.473999
2.两个特征值：分类误差率0.45，界定误差为0.460466
3.三个特征值：分类误差率0.15，界定误差为0.411926
4.讨论：对于一有限的数据集，是否有可能在更高的数据维数下经验误差会增加
——我觉得如果数据维数高的话，误差是有可能相对于低维数的反而增加的。因为可能会产生比如这次实验的情况，两维数据的时候第二个特征值特别乱，误差很大，结果误差率比一个特征值的时候还要高了。
3.为了清晰明了，我每种情况都画了图，一个特征值时画的是x分布的正态函数图，两个特征值时画了两个图，第一个是正态图，类似于一维的，但是感觉不够清晰就又描了一个散点图，画出所有的点，第一类的数据用红框，第二类的数据用蓝圈，预测为第一类的用红点，预测为第二类的用蓝点，这样清晰的可以看出哪些点是预测对的，哪些是错的。三个特征值的不好画正态图，就直接画了散点图，倒是更清楚了。
公式：
二、实验步骤
1.因为以前经常使用微软的Azure平台，这次仍然想用这个平台实验一下。分别测试使用一个，两个，三个特征值时用贝叶斯算法求出的准确率和召回率等。
一个特征值时：
两个特征值时：
三个特征值时：
发现结果都不理想，虽然能看出随维数增加准确率变高，但是也不明显，可能是由于样本点太少的原因。
2.开始自己着手写matlab程序，分成了三个.m文件，对应使用不同特征值数目的分类。这三个的总体思路在原理中已经说明，基本上Байду номын сангаас是套数学式子。但是中间出了个问题，就是我们以为公式里面的行列式是求平均值了，结果闹笑话，得出的判别函数是个矩阵。后来发现了问题所在就改正了。
回过头看这个题目，发现其实这个是很简单的，只要明白了原理，套上课本的公式，很好求。而且这次学到了很多画图的方法，包括散点图，二维正态图，三维正态图，感觉matlab越来越熟练了。
结论分析与体会：
刚开始感觉这个题无从下手，不知道要做出来的分类器是个什么样子，虽然知道该怎么在纸上计算后验概率，但是拿到matlab上面编写程序就不会了。
后来和同学们一起讨论，加上走的各种各样弯路，到后来明白这个分类器就是用判别函数就可以，再到后来连图像也画出来，误差也求正确，感觉的确是努力会有回报。
山东大学计算机学院实验报告
实验题目：贝叶斯分类
学号：
日期：2016.10.11
班级：2014级4班
姓名：
Email：
实验目的：
1．熟悉matlab环境及相关函数的熟练使用。
2．先验概率相等时，求一个，两个，三个特征值时的贝叶斯分类器，经验训练误差，以及不同特征值的比较。
硬件环境：
windows10操作系统
软件环境：
matlab环境
实验步骤：
一、背景知识及原理
首先，贝叶斯算法是一种分类算法，即有监督的学习，输入的数据被称为“训练数据”，每组训练数据有一个明确的标识或结果，通过训练集设计出一个分类器，再输入测试集来预测各个数据所属的类别。可以通过误差率来测试分类器的精确程度。
原理：已知要分为先验概率都为1/2的两个类别，即P（w)相等，只需求似然函数，因为数据呈正态分布，则可以求出方差和均值，代入判别函数中。若g1>g2，则分为第一类，g1<g2，就分到第二类。然后与原来数据比较，求出判断错误的个数以及误差率。