Ensemble 协同工作

Ensemble的框架

 

 

Ensemble的方法就是一种团队合作，好几个模型一起上的方法。

• 第一步：通常情况是有很多的classifier，想把他们集合在一起发挥更强大的功能，这些classifier一般是diverse的，这些classifier有不同的属性和不同的作用。
• 第二步：就是要把classifier用比较好的方法集合在一起，就好像打王的时候坦和DD都站不同的位置，通常用ensemble可以让我们的表现提升一个档次，一般在kaggle之类的比赛中，ensemble用的最多的也是效果最好的，一般前几名都需要用ensemble。

Bagging

 

 

 

 

 

 

 

 

 上图表示了用自己采样的数据进行Bagging的过程。在原来的N笔训练数据中进行采样，过程就是每次从N笔训练数据中取N‘（通常N=N’）建立很多个dataset，

 这个过程抽取到的可能会有重复的数据，但是每次抽取的是随机形成的dataset。每个dataset都有N'笔data，但是每个dataset的数据都是不一样的，接下来就是用一个复杂的模型对四个dataset都进行学习得到四个function，

 接下来在testing的时候，就把这testing data放到这四个function里面，再把得出来的结果做平均（回归）或者投票（分类），通常来说表现（variance比较小）都比之前的好，这样就不容易产生过拟合。

 做Bagging的情况：模型比较复杂，容易产生过拟合。（容易产生过拟合的模型：决策树）目的：降低方差

 

 

 

决策树的实际例子：初音问题

 

 

上图可以看到，深度是5的时候效果并不好，图中白色的就是class1，黑色的是class2.当深度是10的时候有一点初音的样子，当深度是15的时候，基本初音的轮廓就出来了，但是一些细节还是很奇怪（比如一些凸起来的边角）

当深度是20的时候，就可以完美的把class1和class2的位置区别开来，就可以完美地把初音的样子勾勒出来了。对于决策树，理想的状况下可以达到错误是0的时候，最极端的就是每一笔data point就是很深的树的一个节点，这样正确率就可以达到100%（树够深，决策树可以做出任何的function）但是决策树很容易过拟合，如果只用决策树一般很难达到好的结果

 

 

 

 

 

 

 

 强调一点是做Bagging更不会使模型能fit data，所有用深度为5的时候还是不能fit出一个function，所有就是5颗树的一个平均，相当于得到一个比较平滑的树。当深度是10的时候，大致的形状能看出来了，当15的时候效果就还不错，但是细节没那么好，当20 的时候就可以完美的把初音分出来。

 

 Boosting是用在很弱的模型上的，当我们有很弱的模型的时候，不能fit我们的data的时候，我们就可以用Boosting的方法

Boosting的训练是有顺序的（sequentially），Bagging是没有顺序的（可以同时train）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

权重的更改

 

 下面数学推导d1

 

 

 

 那么这个算法的实现过程

 

 

 

 

错误率低的classifier,arfa(t)大，最后在最终结果的投票上会有比较大的权重

下面举个例子

 

让分类对的权重小些，分类错的权重大些

同理t=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 结果整合：这个三个分类器把平面分割成六个部分，左上角三个分类器都是蓝色的，那就肯定就蓝色的。上面中间部分第一个分类器是红色的，第二个第三个是蓝色的，但是后面两个加起来的权重比第一个大，

 所以最终中间那块是蓝色的，对于右边部分，第一个第二个分类器合起来的权重比第三个蓝色的权重大，所以就是红色的。下面部分也是按照同样道理，分别得到蓝色，红色和红色。

 所以这三个弱分类器其实本事都会犯错，但是我们把这三个整合起来就能达到100%的正确率了。

AdaBoost证明推导

 

 

 

 

 

 

证明上界函数会越来越小

 

 

 

 

 

 

 

AdaBoost的神秘现象

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 本来深度是5的决策树是不能做好初音的分类（只能通过增加深度来进行改进），但是现在有了AdaBoost的决策树是互补的，所以用AdaBoost就可以很好的进行分类。

 T代表AdaBoost运行次数，图中可知用AdaBoost，100棵树就可以很好的对初音进行分类。

Gradient Boosting

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Stacking

 

 

 

 

 

 但是有个问题就是并不是所有系统都是好的，有些系统会比较差(如 小毛的系统不好)，但是如果采用之前的设置低权重的方法又会伤害小毛的自尊心，

 这样我们就提出一种新的方法： 把得到的y当做新的特征输入到一个最终的分类器中，然后再决定最终的结果。 对于这个最终的分类器，应当采用比较简单的函数（比如说逻辑回归），

 不需要再采用很复杂的函数，因为输入的y已经训练过了。 在做stacking的时候我们需要把训练数据集再分成两部分，一部分拿来学习最开始的那些模型，另外一部分的训练数据集拿来学习最终的分类器。

 原因是有些前面的分类器只是单纯去拟合training data，比如小明的代码可能是乱写的，他的分类器就是很差的，他做的只是单纯输出原来训练数据集的标签，但是根本没有训练。

 如果还用一模一样的训练数据去训练最终分类器，这个分类器就会考虑小明系统的功能。所以我们必须要用另外一部分的数据来训练最终的分类器，然后最终的分类器就会给之前的模型不同的权重。