
簡(jiǎn)單易學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法—集成方法(Ensemble Method)
一、集成學(xué)習(xí)方法的思想
前面介紹了一系列的算法,每個(gè)算法有不同的適用范圍,例如有處理線性可分問(wèn)題的,有處理線性不可分問(wèn)題。在現(xiàn)實(shí)世界的生活中,常常會(huì)因?yàn)椤凹w智慧”使得問(wèn)題被很容易解決,那么問(wèn)題來(lái)了,在機(jī)器學(xué)習(xí)問(wèn)題中,對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)來(lái)說(shuō),能否將很多的機(jī)器學(xué)習(xí)算法組合在一起,這樣計(jì)算出來(lái)的結(jié)果會(huì)不會(huì)比使用單一的算法性能更好?這樣的思路就是集成學(xué)習(xí)方法。
集成學(xué)習(xí)方法是指組合多個(gè)模型,以獲得更好的效果,使集成的模型具有更強(qiáng)的泛化能力。對(duì)于多個(gè)模型,如何組合這些模型,主要有以下幾種不同的方法:
在驗(yàn)證數(shù)據(jù)集上上找到表現(xiàn)最好的模型作為最終的預(yù)測(cè)模型;
對(duì)多個(gè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行投票或者取平均值;
對(duì)多個(gè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果做加權(quán)平均。
以上的幾種思路就對(duì)應(yīng)了集成學(xué)習(xí)中的幾種主要的學(xué)習(xí)框架。
二、集成學(xué)習(xí)的主要方法
1、強(qiáng)可學(xué)習(xí)和弱可學(xué)習(xí)
在概率近似正確(probably approximately correct, PAC)學(xué)習(xí)的框架中,一個(gè)概念(一個(gè)類),如果存在一個(gè)多項(xiàng)式的學(xué)習(xí)算法能夠?qū)W習(xí)它,并且正確率很高,那么就稱這個(gè)概念是強(qiáng)可學(xué)習(xí)的。一個(gè)概念,如果存在一個(gè)多項(xiàng)式的學(xué)習(xí)算法能夠?qū)W習(xí)它,學(xué)習(xí)正確率僅比隨機(jī)猜測(cè)略好,那么就稱這個(gè)概念是弱可學(xué)習(xí)的。Schapire指出在PAC學(xué)習(xí)框架下,一個(gè)概念是強(qiáng)可學(xué)習(xí)的充分必要條件是這個(gè)概念是弱可學(xué)習(xí)的。那么對(duì)于一個(gè)學(xué)習(xí)問(wèn)題,若是找到“弱學(xué)習(xí)算法”,那么可以將弱學(xué)習(xí)方法變成“強(qiáng)學(xué)習(xí)算法”。
2、在驗(yàn)證集上找表現(xiàn)最好的模型
這樣的方法的思想與決策樹的思想類似,在不同的條件下選擇滿足條件的算法。
3、多個(gè)模型投票或者取平均值
在Bagging方法中,讓學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練多次,每次的訓(xùn)練集由初始的訓(xùn)練集中隨機(jī)取出的個(gè)訓(xùn)練樣本組成,初始的訓(xùn)練樣本在某次的訓(xùn)練集中可能出現(xiàn)多次或者根本不出現(xiàn)。最終訓(xùn)練出m個(gè)預(yù)測(cè)函數(shù)
,最終的預(yù)測(cè)函數(shù)為h對(duì)于分類和回歸問(wèn)題可采用如下的兩種方法:
分類問(wèn)題:采用投票的方法,得票最多的類別為最終的類別
回歸問(wèn)題:采用簡(jiǎn)單的平均方法
隨機(jī)森林算法就是基于Bagging思想的學(xué)習(xí)算法。
4、對(duì)多個(gè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果做加權(quán)平均
在Boosting算法中,初始化時(shí)對(duì)每個(gè)訓(xùn)練樣本賦予相等的權(quán)重,如,然后用該學(xué)習(xí)算法對(duì)訓(xùn)練集訓(xùn)練G輪,每次訓(xùn)練后,對(duì)訓(xùn)練失敗的訓(xùn)練樣本賦予更大的權(quán)重,也就是讓學(xué)習(xí)算法在后續(xù)的學(xué)習(xí)中幾種對(duì)比較難學(xué)的訓(xùn)練樣本進(jìn)行學(xué)習(xí),從而得到一個(gè)預(yù)測(cè)函數(shù)序列
,其中每個(gè)
都有一個(gè)權(quán)重,預(yù)測(cè)效果好的預(yù)測(cè)函數(shù)的權(quán)重較大。最終的預(yù)測(cè)函數(shù)為H對(duì)于分類和回歸問(wèn)題可采用如下的兩種方法:數(shù)據(jù)分析師培訓(xùn)
分類問(wèn)題:有權(quán)重的投票方式
回歸問(wèn)題:加權(quán)平均
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