Machine Learning 17 模型优化--集成算法
2021-01-15 16:13
标签：tree 决策 boosting 结果 范围 统计 ros res gre 有时提升一个模型的准确度很困难，尝试所有曾学习过的策略和算法，但模型的正确率并没有改善。 前面介绍的算法中，每种算法都有不同的适用范围，可以把多种机器学习算法组合在一起，这时提高算法准确度的有效方法之一。 接下来介绍如何通过scikit-learn来实现集成算法，包括： 在这里只介绍相关算法，采用Pima Indians数据集，并用10折交叉验证来分离数据，再通过相应的评估矩阵来评估算法模型。 装袋算法 是一种提高分类准确性的算法，通过给定组合投票的方式获得最优。 如人生病了，去n个医院看了n个医生，每个医生都给你开了药房，最后哪个药方出现的次数最多，就说明这个药方越有可能是最优解。这也是袋装算法的思想。 下面介绍三种袋装模型： 1 装袋决策树 在数据有很大的方差时非常有效。 下面在scikit-learn中通过BaggingClassifier实现分类与回归树算法，本例中实现了100棵决策树 Machine Learning 17 模型优化--集成算法 标签：tree 决策 boosting 结果 范围 统计 ros res gre 原文地址：https://www.cnblogs.com/yuzaihuan/p/12921451.html
1 #装袋决策树
2 from pandas import read_csv
3 from sklearn.model_selection import KFold
4
5 from sklearn.model_selection import cross_val_score
6 from sklearn.ensemble import BaggingClassifier
7 from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
8
9
10 filename=‘/home/aistudio/work/pima_data1.csv‘
11 names=[‘preg‘,‘plas‘,‘pres‘,‘skin‘,‘test‘,‘mass‘,‘pedi‘,‘age‘,‘class‘]
12 data=read_csv(filename,names=names)
13 #将数据分为输入数据和输出数据
14 array=data.values
15 x=array[:,0:8]
16 y=array[:,8]
17 num_folds=10
18 seed=7
19 kfold=KFold(n_splits=num_folds,random_state=seed)
20
21 cart=DecisionTreeClassifier()
22 num_tree=100
23 model=BaggingClassifier(base_estimator=cart,n_estimators=num_tree,random_state=seed)
24
25 result=cross_val_score(model,x,y,cv=kfold) #10折交叉验证
26 print(result.mean()) #打印正确率
0.770745044429255
这个结果与上一次的分类与回归树的结果（0.7004272043745728，13节，审查分类算法)比较，发现结果有了很大的提升。2 随机森林
用随机的方式建立一个森林，森林有很多决策树，而且每一棵决策树之间是没有来联系的。得到森林之后，当有一个新的样本进入的时候，就让森林中的每一棵决策树分别进行判断，看看这个样本应该属于哪一类，再看看哪一类被选择最多，就预测这个样本为哪一类。
在建立每一棵决策树的过程中，有两点要注意：采样与完全分裂。首先是两个随机采样的过程，随机森林对输入的数据要进行行，列采样。对行采样采用有放回的方式，也就是在采样得到的样本集合中可能有重复的样本。假设输入样本为N个，也就是在采样得到的样本集合中可能有重复的样本。假设输入
的样本为N个，那么采样样本也为N个。这样在训练的时候，每棵树的输入样本都不是全部的样本，就相对不容易出现过拟合。
然后进行列采样，从M个feature中选出m个（m一般很多决策树算法有一个重要的步骤--剪枝，但这里不这样做，因为之前的两个随机采样过程保证了随机性，所以不剪枝也不会出现过拟合。
这中算法得到的随机森林中的每一棵决策树都是很弱的，但是将他们组合起来就会很厉害。可以这样比喻：每一棵决策树就是一个精通某一个领域的专家，这样在随机森林中就有了很多不同领域的专家，对于一个新的问题（新的数据输入），可以从不同的角度去看待，最终由各个专家投票得到结果。
这种算法在scikit-learn中实现的类是RandomForestClassifier。 1 #随机森林
2 from pandas import read_csv
3 from sklearn.model_selection import KFold
4
5 from sklearn.model_selection import cross_val_score
6 from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
7
8
9 filename=‘/home/aistudio/work/pima_data1.csv‘
10 names=[‘preg‘,‘plas‘,‘pres‘,‘skin‘,‘test‘,‘mass‘,‘pedi‘,‘age‘,‘class‘]
11 data=read_csv(filename,names=names)
12 #将数据分为输入数据和输出数据
13 array=data.values
14 x=array[:,0:8]
15 y=array[:,8]
16 num_folds=10
17 seed=7
18 kfold=KFold(n_splits=num_folds,random_state=seed)
19
20 cart=DecisionTreeClassifier()
21 num_tree=100 #实现100棵随机森林
22 max_feature=3
23 model=RandomForestClassifier(n_estimators=num_tree,random_state=seed, max_features=max_feature)
24
25 result=cross_val_score(model,x,y,cv=kfold) #10折交叉验证
26 print(result.mean()) #打印正确率
0.7733766233766234
极端随机树
与随机森林相似，但有两个主要的区别：
在scikit-learn中实现的类是ExtraTreesClassifier。下面的实例是实现100棵树和7个随机特征的极端随机树。
1 #极端随机树
2 from pandas import read_csv
3 from sklearn.model_selection import KFold
4
5 from sklearn.model_selection import cross_val_score
6 from sklearn.ensemble import ExtraTreesClassifier
7
8
9 filename=‘/home/aistudio/work/pima_data1.csv‘
10 names=[‘preg‘,‘plas‘,‘pres‘,‘skin‘,‘test‘,‘mass‘,‘pedi‘,‘age‘,‘class‘]
11 data=read_csv(filename,names=names)
12 #将数据分为输入数据和输出数据
13 array=data.values
14 x=array[:,0:8]
15 y=array[:,8]
16 num_folds=10
17 seed=7
18 kfold=KFold(n_splits=num_folds,random_state=seed)
19
20 num_tree=100 #实现100棵随机森林
21 max_features=7
22 model=ExtraTreesClassifier(n_estimators=num_tree,random_state=seed, max_features=max_features)
23
24 result=cross_val_score(model,x,y,cv=kfold) #10折交叉验证
25 print(result.mean()) #打印正确率
0.762987012987013
提升算法
提升算法是一种用来提高弱分类算法准确度的方法，这种方法先构造一个预测函数系列，然后以一定的方式将它们组合成一个预测函数。
提升算法也是一种提高任意给定学习算法准确度的方法，是一种集成算法，通过对样本集的操作获得样本子集，之后用弱分类算法在样本子集上训练生成一系列基分类器。
提升算法将这n个基分类器进行加权融合，产生最后的结果分类器。
在这n个基分类器中，每个分类器的识别率不一定很高，但他们联合后的结果有很高的识别率。
下面是两个非常常见的用于机器学习的提升算法：
AdaBoost
是一种迭代算法，针对同一个训练机训练不同的弱分类器，然后把这些弱分类器集合起来，构成一个最强的最终分类器。
其算法本身是通过改变数据分布来实现的，它根据每次训练集中每个样本的分类是否正确，以及上次总体分类的准确率，来确定每个样本的权值。
它将修改过权值的新数据集送给下层分类器进行训练，再将每次训练得到的分类器融合起来，作为最后的决策分类器。
使用Adaboost分类器可以排除一些不必要的训练数据特征，并放在关键的训练数据上面。
在scikit-learn中实现的类是AdaBoostClassifier。 1 #AdBoost
2 from pandas import read_csv
3 from sklearn.model_selection import KFold
4
5 from sklearn.model_selection import cross_val_score
6 from sklearn.ensemble import AdaBoostClassifier
7
8
9 filename=‘/home/aistudio/work/pima_data1.csv‘
10 names=[‘preg‘,‘plas‘,‘pres‘,‘skin‘,‘test‘,‘mass‘,‘pedi‘,‘age‘,‘class‘]
11 data=read_csv(filename,names=names)
12 #将数据分为输入数据和输出数据
13 array=data.values
14 x=array[:,0:8]
15 y=array[:,8]
16 num_folds=10
17 seed=7
18 kfold=KFold(n_splits=num_folds,random_state=seed)
19
20 num_tree=30 #实现30棵随机森林
21 model=AdaBoostClassifier(n_estimators=num_tree,random_state=seed)
22
23 result=cross_val_score(model,x,y,cv=kfold) #10折交叉验证
24 print(result.mean()) #打印正确率
0.760457963089542
随机梯度提升
随机梯度提升发（GBM）基本思想：要找到函数的最大值，最好的办法就是沿着该函数的梯度方向。梯度算子总是指向函数值增长最快的方向。
由于梯度提升算法在每次更新数据集时都要遍历整个数据集，计算复杂度较高，于是有了一个改进算法----随机梯度提升算法：该算法一次只用一个样本点来更新回归系数，极大的改善了算法的计算复杂度。
在scikit-learn中实现的类是GradientBoostingCalssifier。 1 #随机梯度提升
2 from pandas import read_csv
3 from sklearn.model_selection import KFold
4
5 from sklearn.model_selection import cross_val_score
6 from sklearn.ensemble import GradientBoostingClassifier
7
8
9 filename=‘/home/aistudio/work/pima_data1.csv‘
10 names=[‘preg‘,‘plas‘,‘pres‘,‘skin‘,‘test‘,‘mass‘,‘pedi‘,‘age‘,‘class‘]
11 data=read_csv(filename,names=names)
12 #将数据分为输入数据和输出数据
13 array=data.values
14 x=array[:,0:8]
15 y=array[:,8]
16 num_folds=10
17 seed=7
18 kfold=KFold(n_splits=num_folds,random_state=seed)
19
20 num_tree=100 #实现30棵随机森林
21 model=GradientBoostingClassifier(n_estimators=num_tree,random_state=seed)
22
23 result=cross_val_score(model,x,y,cv=kfold) #10折交叉验证
24 print(result.mean()) #打印正确率
0.7669002050580999
投票算法
投票算法（Voting）是一个非常简单的多个机器学习的集成算法。通过创建两个或多个算法模型，利用投票算法将这些算法包装起来，计算各个子模型的平均预测状况。
在实际应用中，可以对每个子模型的预测结果增加权重，以提高算法的准确度。
在scikit-learn中不提供加权算法。
在scikit-learn中实现类是VotingClassifier。 1 #投票算法
2 from pandas import read_csv
3 from sklearn.model_selection import KFold
4
5 from sklearn.model_selection import cross_val_score
6 from sklearn.ensemble import VotingClassifier
7 from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
8 from sklearn.svm import SVC
9 from sklearn.linear_model import LogisticRegression
10
11 filename=‘/home/aistudio/work/pima_data1.csv‘
12 names=[‘preg‘,‘plas‘,‘pres‘,‘skin‘,‘test‘,‘mass‘,‘pedi‘,‘age‘,‘class‘]
13 data=read_csv(filename,names=names)
14 #将数据分为输入数据和输出数据
15 array=data.values
16 x=array[:,0:8]
17 y=array[:,8]
18 num_folds=10
19 seed=7
20 kfold=KFold(n_splits=num_folds,random_state=seed)
21 cart=DecisionTreeClassifier()
22
23 models=[]
24 model_logistic=LogisticRegression()
25 models.append((‘logistic‘,model_logistic))
26 model_cart=DecisionTreeClassifier()
27 models.append((‘cart‘,model_cart))
28 model_svc=SVC()
29 models.append((‘svc‘,model_svc))
30
31 ensemble_model=VotingClassifier(estimators=models)
32
33 result=cross_val_score(ensemble_model,x,y,cv=kfold) #10折交叉验证
34 print(result.mean()) #打印正确率
0.7394907723855092
文章标题：Machine Learning 17 模型优化--集成算法
文章链接：http://soscw.com/index.php/essay/42311.html