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机器学习中常用的几种分类算法,如何选择合适的算法?

时间:2023-11-29 09:36:20作者:沃卡惠文章来源:

今天和大家分享一下机器学习中常见的六种分类算法:K近邻、决策树、朴素贝叶斯、逻辑回归、支持向量机、随机森林、AdaBoost、GBDT、XGBoost。

下面,介绍了各个算法的概念及特点。

KNN

决策树

朴素贝叶斯

逻辑回归

支持向量机

随机森林

AdaBoost

GBDT

XGBoost

一、K 近邻(KNN)

k-近邻算法(K-Nearest neighbors,KNN),它采用测量不同特征值之间的距离方法进行分类,即是给定一个训练数据集,对新的输入实例,在训练数据集中找到与该实例最邻近的K个实例(也就是上面所说的K个邻居), 这K个实例的多数属于某个类,就把该输入实例分类到这个类中。

KNN 是一种基本分类与回归方法,其基本做法是:给定测试实例,基于某种距离度量找出训练集中与其最靠近的k个实例点,然后基于这k个最近邻的信息来进行预测。

通常,在分类任务中可使用“投票法”,即选择这k个实例中出现最多的标记类别作为预测结果;在回归任务中可使用“平均法”,即将这k个实例的实值输出标记的平均值作为预测结果;还可基于距离远近进行加权平均或加权投票,距离越近的实例权重越大。

k近邻法不具有显式的学习过程,事实上,它是懒惰学习(lazy learning)的著名代表,此类学习技术在训练阶段仅仅是把样本保存起来,训练时间开销为零,待收到测试样本后再进行处理。

k近邻法的三要素:距离度量、k值的选择及分类决策规则是k近邻法的三个基本要素。

kNN算法特点:

优点:精度高、对异常值不敏感、无数据输入假定

缺点:计算复杂度高、空间复杂度高

适用数据范围:数值型和标称型

二、决策树

决策树(Decision Trees)是一种非参监督学习方法,即没有固定的参数,对数据进行分类或回归学习。决策树的目标是从已知数据中学习得到一套规则,能够通过简单的规则判断,对未知数据进行预测。

决策树是一种基本的分类与回归方法。在分类问题中,表示基于特征对实例进行分类的过程,可以认为是 if-then 的集合,也可以认为是定义在特征空间与类空间上的条件概率分布。

决策树通常有三个步骤:特征选择、决策树的生成、决策树的修剪。

用决策树分类:从根节点开始,对实例的某一特征进行测试,根据测试结果将实例分配到其子节点,此时每个子节点对应着该特征的一个取值,如此递归的对实例进行测试并分配,直到到达叶节点,最后将实例分到叶节点的类中。

决策树模型决策树模型

决策树学习的目标:根据给定的训练数据集构建一个决策树模型,使它能够对实例进行正确的分类。

决策树学习的本质:从训练集中归纳出一组分类规则,或者说是由训练数据集估计条件概率模型。

决策树学习的损失函数:正则化的极大似然函数。

决策树学习的测试:最小化损失函数。

决策树原理和问答猜测结果游戏相似,根据一系列数据,然后给出游戏的答案。

决策树算法特点:

优点:计算复杂度不高,输出结果易于理解,对中间值的缺失不敏感,可以处理不相关特征数据。

缺点:可能会产生过度匹配问题。

适用数据类型:数值型和标称型

三、朴素贝叶斯

朴素贝叶斯(Naive Bayesian)是基于贝叶斯定理和特征条件独立假设的分类方法,它通过特征计算分类的概率,选取概率大的情况进行分类。

朴素贝叶斯是经典的机器学习算法之一,也是为数不多的基于概率论的分类算法。对于大多数的分类算法,在所有的机器学习分类算法中,朴素贝叶斯和其他绝大多数的分类算法都不同。比如决策树,KNN,逻辑回归,支持向量机等,他们都是判别方法,也就是直接学习出特征输出Y和特征X之间的关系,要么是决策函数,要么是条件分布。但是朴素贝叶斯却是生成方法,该算法原理简单,也易于实现。

朴素贝叶斯朴素贝叶斯

在scikit-learn中,一共有3个朴素贝叶斯的分类算法类。分别是GaussianNB,MultinomialNB和BernoulliNB。其中GaussianNB就是先验为高斯分布的朴素贝叶斯,MultinomialNB就是先验为多项式分布的朴素贝叶斯,而BernoulliNB就是先验为伯努利分布的朴素贝叶斯。

朴素贝叶斯算法特点:

优点:在数据较少的情况下依然有效,可以处理多类别问题。

缺点:对于输入数据的准备方式较为敏感。

适用数据类型:标称型数据

四、逻辑回归

逻辑(Logistic) 回归是一种统计方法,用于根据先前的观察结果预测因变量的结果。它是一种回归分析,是解决二分类问题的常用算法。

逻辑回归算法特点:

优点:计算代价不高,易于理解和实现

缺点:容易欠拟合,分类精度可能不高(这里是使用构造数据,效果较佳,并且运行多次,结果可能不一样)

五、支持向量机(SVM)

支持向量机(简称SVM)英文为Support Vector Machine。它是一 种监督式学习的方法,它广泛的应用于统计分类以及回归分析中。支持向量机(Support Vector Machine)是一种十分常见的分类器,核心思路是通过构造分割面将数据进行分离。

SVM 是一类按监督学习方式对数据进行二元分类的广义线性分类器,其决策边界是对学习样本求解的最大边距超平面,可以将问题化为一个求解凸二次规划的问题。与逻辑回归和神经网络相比,支持向量机,在学习复杂的非线性方程时提供了一种更为清晰,更加强大的方式。

具体来说就是在线性可分时,在原空间寻找两类样本的最优分类超平面。在线性不可分时,加入松弛变量并通过使用非线性映射将低维度输入空间的样本映射到高维度空间使其变为线性可分,这样就可以在该特征空间中寻找最优分类超平面。

SVM使用准则:n 为特征数, m 为训练样本数。

如果相较于m而言,n要大许多,即训练集数据量不够支持我们训练一个复杂的非线性模型,我们选用逻辑回归模型或者不带核函数的支持向量机。

如果n较小,而且m大小中等,例如n在 1-1000 之间,而m在10-10000之间,使用高斯核函数的支持向量机。

如果n较小,而m较大,例如n在1-1000之间,而

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