集成学习

 infi-chu:

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一、集成学习简介

集成学习通过建立几个模型来解决单一预测问题。它的工作原理是生成多个分类器/模型，各自独立地学习和作出预测。这些预测最后结合成组合预测，因此优于任何一个单分类的做出预测。

 【注】

只要单分类器的表现不太差，集成学习的结果总是要好于单分类器

 

二、bagging

1.bagging集成原理

目标：把下面的圈和方块进行分类

实现过程：

1）采样不同数据集

2）训练分类器

3）平权投票

4）实现过程总结

2.随机森林构造过程

在机器学习中，随机森林是一个包含多个决策树的分类器，并且其输出的类别是由个别树输出的类别的众数而定。

随机森林 = bagging + 决策树

 

例如, 如果你训练了5个树, 其中有4个树的结果是true, 1个树的结果是false, 那么最终投票结果就是true

随机森林够造过程中的关键步骤（用n来表示训练用例（样本）的个数，m表示特征数目）：

​ 1）一次随机选出一个样本，有放回的抽样，重复n次（有可能出现重复的样本）

​ 2） 随机去选出m个特征, m <<m，建立决策树

• 思考

  • 1.为什么要随机抽样训练集？　　

    如果不进行随机抽样，每棵树的训练集都一样，那么最终训练出的树分类结果也是完全一样的

  • 2.为什么要有放回地抽样？

    如果不是有放回的抽样，那么每棵树的训练样本都是不同的，都是没有交集的，这样每棵树都是“有偏的”，都是绝对“片面的”（当然这样说可能不对），也就是说每棵树训练出来都是有很大的差异的；而随机森林最后分类取决于多棵树（弱分类器）的投票表决。

3.api

• sklearn.ensemble.randomforestclassifier(n_estimators=10, criterion=’gini’, max_depth=none, bootstrap=true, random_state=none, min_samples_split=2)
  • n_estimators：integer，optional（default = 10）森林里的树木数量120,200,300,500,800,1200
  • criterion：string，可选（default =“gini”）分割特征的测量方法
  • max_depth：integer或none，可选（默认=无）树的最大深度 5,8,15,25,30
  • max_features="auto”,每个决策树的最大特征数量
    • if "auto", then max_features=sqrt(n_features).
    • if "sqrt", then max_features=sqrt(n_features)(same as "auto").
    • if "log2", then max_features=log2(n_features).
    • if none, then max_features=n_features.
  • bootstrap：boolean，optional（default = true）是否在构建树时使用放回抽样
  • min_samples_split:节点划分最少样本数
  • min_samples_leaf:叶子节点的最小样本数
• 超参数：n_estimator, max_depth, min_samples_split,min_samples_leaf

4.eg

# 实例化随机森林
# 随机森林去进行预测
rf = randomforestclassifier()

# 定义超参的选择列表
param = {"n_estimators": [120,200,300,500,800,1200], "max_depth": [5, 8, 15, 25, 30]}

# 使用gridsearchcv进行网格搜索
# 超参数调优
gc = gridsearchcv(rf, param_grid=param, cv=2)
gc.fit(x_train, y_train)
print("随机森林预测的准确率为：", gc.score(x_test, y_test))

 【注】

• 随机森林的建立过程
• 树的深度、树的个数等需要进行超参数调优

5.bagging集成优点

​ bagging + 决策树/线性回归/逻辑回归/深度学习… = bagging集成学习方法

经过上面方式组成的集成学习方法:

1. 均可在原有算法上提高约2%左右的泛化正确率

2. 简单, 方便, 通用

 

三、boosting

1.boosting集成原理

定义：

随着学习的积累从弱到强

简而言之：每新加入一个弱学习器，整体能力就会得到提升

代表算法：adaboost，gbdt，xgboost

实现过程：

• 训练第一个学习器
• 调整数据分布
• 训练第二个学习器
• 再次调整数据分布
• 依次训练学习器，调整数据分布
• 整体过程实现

 

bagging集成与boosting集成的区别：

区别一:数据方面

bagging：对数据进行采样训练；

boosting：根据前一轮学习结果调整数据的重要性。

区别二:投票方面

bagging：所有学习器平权投票；

boosting：对学习器进行加权投票。

区别三:学习顺序

bagging的学习是并行的，每个学习器没有依赖关系；

boosting学习是串行，学习有先后顺序。

区别四:主要作用

bagging主要用于提高泛化性能（解决过拟合，也可以说降低方差）

boosting主要用于提高训练精度 （解决欠拟合，也可以说降低偏差）