机器学习之AdaBoost,GBDT,XGBoost

来源:互联网 发布:淘宝健客大药房旗舰店 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 15:37

说实话个人觉得这部分内容还是很难理解的,需要大量的数学优化方面的知识还有机器学习的思想,我先记录下我能理解的方面,错误之处,多多指教。
一.AdaBoost
这三个算法都是集成学习的boosting,所谓boosting,就是顺次建立一系列的基学习器,在建立每个学习器时,都寻找改进的方向,来提升整个模型的准确率,而应用最广的就是以决策树作为基学习器。
AdaBoost核心思想:在顺次迭代的每一次构造分类器,都根据该分类器在训练集上的分类结果,给训练集中的每个样本一个新的权值:如果该样本被分对,则权值小,如果被分错,则权值大,然后根据这个权值能够算出这个刚构建的基分类器的权值。
那么,问题来了,权值是怎么算的呢,看两个公式:

这里写图片描述
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这里的e是分类器误差率,就是分错的,a这个基分类器的权值,w是每个样本的权值,所以根据这些公式就能算出权值了,这里的Z是标准化的处理,反正就是数学上的一些处理,至于为什么用这个公式,如果大家定性的分析,发现他还是合理的:误差率大,权值就调大。

进一步理解 对于整个Boost家族来说,我们要抓住本质,每次构造分类器,都使其在损失减少的方向上构造,即采用不同的损失函数做准确度的提升,对于Adaboost也是如此,我们知道,对于每个模型,都有自己对应的损失函数,线性回归是平方和损失,逻辑回归是交叉熵损失,SVM是Hinge损失,对于Adaboost,是指数损失函数,
这里写图片描述
至于他的损失函数是指数函数呢,我看书上的数学推导比较复杂,反正就是各种求最优解,最后发现他就是个指数函数,呵呵。

对于Adaboost,可以看到他对于分错的样本比较敏感,容易产生过拟合的问题,我看大神都不太推荐用这个。

二.GBDT
Gradient boosting,称为梯度提升。应用最为广的就是提升决策树。
在提升决策树中,我们假设f(x)=∑hj(x) ,第j颗决策树记做hj(x),所得的模型是f(x),这种抽象成函数的思维要养成,损失函数对于机器学习太重要了
核心思想将平方和损失作为损失函数,这里写图片描述每一次迭代,采用负梯度作为x的新的目标值。这也很好理解,平方和求梯度就是残差,残差表示真实值和当前预测值之间的差异,如果能让残差为0,这就是极好的模型。这样想是不就很好理解啦。
其实最容易想到的方法是采用贪心的方法使损失函数最小,如公式:
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这里的r是学习率,也是步长,这个可以我们控制,我看书上说用一些最优化的理论也能用,呵呵,我是没看懂他那数学推导。
但是对于大量的样本,复杂的函数而言,贪心是很难实现的,所以GBDT采用了类似梯度下降的方法,如公式,
这里写图片描述
过拟合的控制
我们知道,如果模型过于复杂,那么很可能带来过拟合的问题,在梯度提升中,我们可以通过控制学习率,就是上面说的步长,决策树的总数,每颗决策树大小等控制。这些都在sklearn包中得到了很好的支持。具体参数还是要看实际业务的,不过大家可以参照下大神们的经验值==

三.XGBoost

对就是大名鼎鼎陈天奇提出来的那个XGBoost。在GDBT的基础上理解XGBoost就比较容易了,XGBoost是将损失函数做泰勒展开到二阶导,另外,为了防止过拟合又加了正则项,
这里写图片描述
就是这个东西,学过高数的都知道,然后就是一大堆数学推导,来处理这个损失函数,最后推出这么个东西,
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这里G,H代表和一阶导,二阶导相关的参数,T代表叶子结点的数目,λ为正则项的系数,然后我们就可以说这个公式可以代表决策树的结构,这个值越小,决策树的结构越好,那么我们就可以仿照最初决策树的做法,用这个公式,计算每次节点的划分贪心实现。顺便说一句,这里的损失函数也是可以自定义的。
机器学习竞赛中,XGboost往往具有很好的效果,可以防止过拟合,速度又快,推荐大家使用。

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