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Apprendimento d'insieme

Include algoritmi di bagging e potenziamento, con introduzione dettagliata e descrizione completa. Spero che possa essere utile agli amici interessati!

Modificato alle 2023-12-23 14:09:40

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Apprendimento d'insieme (parte 1)

introduzione

Idea; costruire e combinare più studenti deboli per completare attività di apprendimento

Illustrazione:

Due questioni a cui occorre prestare attenzione nell’apprendimento integrato

Come formare un singolo studente debole?

Metodo 1: modificare il peso del set di dati di addestramento

Metodo 2: modificare la distribuzione di probabilità del set di dati di addestramento

Come trasformare gli studenti deboli in studenti forti?

Metodo 1: Metodo di votazione parallela

Metodo 2: metodo di ponderazione seriale

Due categorie principali di apprendimento d’insieme

Bagging: non esiste una forte dipendenza tra gli studenti di base e un metodo di parallelizzazione che può essere generato simultaneamente

algoritmo rappresentativo

foresta casuale

Idea di algoritmo: utilizzare gli alberi decisionali come studenti deboli e integrare gli studenti deboli nel metodo del bagging

In che modo la foresta casuale è casuale? (modificando la distribuzione di probabilità del set di dati)

Metodo 1: Foresta-RI

Ogni volta che crei un set di addestramento, devi selezionare casualmente k campioni dal set di dati D e selezionare casualmente n caratteristiche dalle M caratteristiche.

Illustrazione:

Metodo 2: Foresta-RC

Ogni volta che viene costruito un set di addestramento, n caratteristiche devono essere selezionate casualmente dalle M caratteristiche del set di dati D e ponderate linearmente per formare un set di dati contenente F nuove caratteristiche. (Numero casuale con coefficiente di peso [-1,1])

Illustrazione:

Passi dell'algoritmo

Passo 1: Scegli uno studente debole (albero decisionale, KNN, regressione logistica, ecc.)

Passaggio 2: costruire un set di allenamento basato sulla casualità

Foresta-RI

Foresta-RC

Passo 3: Formare l'attuale studente debole

Fase 4: Determinare se lo studente bravo è qualificato in base al meccanismo di voto

Meccanismo di voto: la modalità di tutti i risultati degli studenti deboli

Illustrazione:

Vantaggi e svantaggi

vantaggio

Durante l'allenamento, gli alberi sono indipendenti l'uno dall'altro e la velocità di allenamento è elevata.

L'errore di generalizzazione utilizza una stima imparziale e il modello ha una forte capacità di generalizzazione.

Dispone di un proprio set di dati in bundle, quindi non è necessario separare il set di convalida incrociata

A fronte di set di dati sbilanciati e mancanti, la precisione del modello è ancora elevata

discordanza

Le foreste casuali possono adattarsi eccessivamente ad alcuni problemi di classificazione o regressione rumorosi

La foresta casuale ha molti parametri ed è difficile da regolare.

ottimizzazione

Mirando al problema dei troppi parametri e alla difficoltà nella regolazione dei parametri

Acquisire prima familiarità con i parametri, quindi regolarli in base alla ricerca nella griglia.

Illustrazione dell'influenza dei parametri sul modello:

Potenziamento: esiste una forte dipendenza tra gli studenti di base e un metodo di serializzazione che deve essere generato in serie.

algoritmo rappresentativo

AdaBoost

Idea dell'algoritmo: formare uno studente debole in ogni round. Il peso dei campioni di formazione nel round precedente viene modificato e utilizzato come dati di formazione per lo studente debole nel round successivo. Infine, ogni studente debole viene combinato in un modello integrato ponderazione lineare.

Passi dell'algoritmo

Passo 1: Scegli uno studente debole (albero decisionale, KNN, regressione logistica, ecc.)

Passaggio 2: inizializzare o aggiornare i pesi dei campioni

Inizializza i pesi dei campioni, ovvero ogni campione ha lo stesso peso

Aggiornare i pesi dei campioni, ovvero ridurre il peso dei campioni classificati correttamente e aumentare il peso dei campioni classificati in modo errato.

Illustrazione:

Passo 3: Formare l'attuale studente debole

Passo 4: Calcola il peso dell’attuale studente debole

Passaggio 1: calcolare il tasso di errore dell'attuale studente debole (il rapporto tra il numero di campioni classificati in modo errato e il numero di tutti i campioni)

Fase 2: Calcolare il peso dell’attuale studente debole in base al tasso di errore

Illustrazione:

Passaggio 5: aggiungere l'attuale studente debole al modello lineare e determinare se è qualificato

modello lineare

Illustrazione:

Come giudicare?

Precisione degli studenti forti

Il numero di studenti deboli tra gli studenti forti

Vantaggi e svantaggi

vantaggio

AdaBoost ha un'elevata precisione

AdaBoost può utilizzare diversi algoritmi di classificazione come classificatori deboli e non si limita agli alberi decisionali.

discordanza

L'addestramento dei parametri richiede molto tempo

Lo squilibrio dei dati può facilmente portare alla perdita di accuratezza

Il numero di classificatori deboli non è facile da determinare

ottimizzazione

Mirare al consumo di tempo di formazione: utilizzare l'algoritmo di distribuzione diretta per accelerare l'ottimizzazione dei parametri

Se il numero di classificatori è difficile da determinare: utilizzare la convalida incrociata per facilitare la determinazione

GBDT (albero di potenziamento gradiente)

potenziare l'albero

Albero di potenziamento della regressione: semplice aggiunta di più regressori deboli

Albero di potenziamento della classificazione: aggiungi semplicemente più classificatori deboli

Alberi di potenziamento del gradiente: classificazione unificata, alberi di potenziamento della regressione

Idea di algoritmo: utilizzare l'albero di regressione CART come studente debole, costruire un nuovo ciclo di studenti deboli basato sulla perdita degli studenti deboli e infine aggiungere linearmente tutti gli studenti deboli.

Passi dell'algoritmo

Passo 1: Scegli uno studente debole (albero decisionale, KNN, regressione logistica, ecc.)

Fase 2: Costruire un set di addestramento (casualità) calcolando il gradiente negativo della funzione di perdita dell'attuale studente debole (residuo di adattamento) e campionamento casuale di caratteristiche e campioni del set di dati D

Passo 3: Formare l'attuale studente debole

Passaggio 4: aggiungere l'attuale studente debole al modello lineare e determinare se è qualificato

Vantaggi e svantaggi

vantaggio

Adatto per dati a bassa dimensionalità e può gestire dati non lineari

Utilizzando alcune robuste funzioni di perdita, è molto robusto rispetto ai valori anomali

A causa dei vantaggi sia del bagging che del boosting, il livello teorico è superiore a quello della foresta casuale e dell'adaboost.

discordanza

Dati sulla difficoltà di formazione in parallelo a causa delle dipendenze tra studenti deboli

Dimensioni dei dati più elevate aumenteranno la complessità computazionale dell'algoritmo.

Poiché lo studente debole è un regressore, non può essere utilizzato direttamente per la classificazione.

ottimizzazione

Ottieni un parallelismo parziale tramite SGBT autocampionante

XGboost: un'implementazione efficiente di GBDT, con nuovi termini di regolarizzazione e adattamento dell'espansione quadratica di Taylor della funzione di perdita

LightGBM: un'implementazione efficiente di XGBoost, che discretizza le caratteristiche continue in virgola mobile in k valori discreti e costruisce un istogramma con una larghezza di k, accelerando i calcoli e risparmiando risorse di spazio.