Adaboost算法

本文深入探讨了Adaboost算法的工作原理,它如何通过结合多个弱分类器构建强分类器。详细介绍了算法的初始化、训练过程以及弱分类器的权重分配。此外,还提供了Python代码示例,展示如何使用sklearn库实现Adaboost,通过对比决策树与Adaboost增强后的预测效果,突显Adaboost的优势。

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例如:Python 机器学习入门之adaboost算法



前言

Adaboost算法是一种提升方法,将多个弱分类器,组合成强分类器。中文名为自适应增强。它的自适应在于:前一个弱分类器分错的样本的权值(样本对应的权值)会得到加强,权值更新后的样本再次被用来训练下一个新的弱分类器。在每轮训练中,用总体(样本总体)训练新的弱分类器,产生新的样本权值、该弱分类器的话语权,一直迭代直到达到预定的错误率或达到指定的最大迭代次数。


一、算法原理

(1)初始化训练数据(每个样本)的权值分布:如果有N个样本,则每一个训练的样本点最开始时都被赋予相同的权重:1/N。
(2)训练弱分类器。具体训练过程中,如果某个样本已经被准确地分类,那么在构造下一个训练集中,它的权重就被降低;相反,如果某个样本点没有被准确地分类,那么它的权重就得到提高。同时,得到弱分类器对应的话语权。然后,更新权值后的样本集被用于训练下一个分类器,整个训练过程如此迭代地进行下去。
(3)将各个训练得到的弱分类器组合成强分类器。各个弱分类器的训练过程结束后,分类误差率小的弱分类器的话语权较大,其在最终的分类函数中起着较大的决定作用,而分类误差率大的弱分类器的话语权较小,其在最终的分类函数中起着较小的决定作用。换言之,误差率低的弱分类器在最终分类器中占的比例较大,反之较小。

二、使用步骤

1.引入库

代码如下(示例):

import numpy as np
import sklearn.metrics as sm
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.utils import shuffle
from sklearn import datasets
from sklearn.tree import DecisionTreeRegressor
from sklearn.ensemble import AdaBoostRegressor

2.读入数据

代码如下:

housing_data = datasets.load_boston()
X,y = shuffle(housing_data.data,housing_data.target,random_state=7)

number_train = int(0.8*len(X))

x_train = X[:number_train]
y_train = y[:number_train]

x_test = X[number_train:]
y_test = y[number_train:]

3.建立决策树并使用adaboost增强

dt_regressor = DecisionTreeRegressor(max_depth=4)
dt_regressor.fit(x_train,y_train)

ab_regressor = AdaBoostRegressor(DecisionTreeRegressor(max_depth=4),n_estimators=400,
    random_state=7)
ab_regressor.fit(x_train,y_train)

y_pre_dt = dt_regressor.predict(x_test)
mse = sm.mean_squared_error(y_test,y_pre_dt)
evs = sm.explained_variance_score(y_test,y_pre_dt)
print("\n决策树学习效果\n",f"均方误差={round(mse,2)}\n解释方差分={round(evs,2)}")
y_pre_ab = ab_regressor.predict(x_test)
mse = sm.mean_squared_error(y_test,y_pre_ab)
evs = sm.explained_variance_score(y_test,y_pre_ab)
print("\n决策树学习效果\n",f"均方误差={round(mse,2)}\n解释方差分={round(evs,2)}")

### Adaboost算法原理 Adaboost是一种迭代型的集成学习方法,旨在通过组合多个弱分类器形成强分类器。该过程始于赋予训练数据集中每个样本相同的权重。随着每一轮迭代,错误分类样本的权重会增加,使得后续的弱分类器更加关注这些难分样本[^1]。 具体来说,在每次迭代过程中: - 训练一个新的弱分类器,并计算其误差率。 - 基于误差率更新此分类器的重要性(即系数),低误差意味着高重要性。 - 调整训练集内各个样例的权值分布:被当前模型误判的例子会被给予更高的重视程度;反之,则降低它们的影响力度。 - 将新得到的弱分类器加入到最终预测函数之中,直到达到预定的最大轮数或满足其他停止条件为止。 ```python from sklearn.ensemble import AdaBoostClassifier from sklearn.datasets import make_classification # 创建虚拟数据集 X, y = make_classification(n_samples=1000, n_features=20, n_informative=2, n_redundant=10, random_state=7) # 初始化并训练AdaBoost分类器 clf = AdaBoostClassifier(n_estimators=50, learning_rate=1.0, algorithm='SAMME') clf.fit(X, y) ``` ### 应用案例分析 作为一种高效且易于实现的技术方案,Adaboost已被成功应用于众多领域内的模式识别任务当中,比如图像处理、自然语言处理等。由于它能够有效提高基础估计量的表现力而不显著增加计算成本,因此非常适合用来构建初始解决方案框架。不过值得注意的是,当面对含有大量噪音或是极端值的数据环境时,应当谨慎选用本方法,因为这可能导致性能下降甚至发散现象的发生[^4]。
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