结构化数据上的机器学习大杀器XGBoost

XGBoost作为机器学习算法,在结构化数据预测方面表现出色,曾连续获得多项Kaggle比赛冠军。本文介绍XGBoost的基本原理及应用场景,并提供快速入门指南。

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GBoost是一个机器学习算法工具,它的原理本身就并不难理解,而且你并不需要彻底搞懂背后的原理就能把它用得呼呼生风。

它的威力有多强?

自从2014年9月份在 Kaggle 的希格斯玻色子机器学习大赛中夺魁以来,XGBoost 与深度学习两个算法垄断了 Kaggle 大赛的大部分冠军。

现在 Kaggle 大赛的情况基本是这样的,凡是非结构化数据相关,比如语音、图像,基本都是深度学习获胜,凡是结构化数据上的竞赛,基本都是 XGBoost 获胜。要知道大部分的业务数据,都是以良好格式存储在关系数据库中的结构化数据,这也就是说,跟行业应用、业务优化这些真金白银息息相关的场景里,XGBoost是目前最好用的大杀器之一。

如果时间倒退两年,在2015年,只要你用 XGBoost 算法参赛,不用做特别优化,在很多结构化数据科学竞赛中就排到前十。尤其是 2015 年下半年,XGBoost 横扫 Kaggle 大赛,冠军拿到手软。

看看这些冠军们怎么评价 XGBoost

2015年7月 Avito 上下文广告点击大赛冠军 Owen Zhang 说:“要是你犹豫不决,不知如何是好,就放 XGBoost 出来咬。”

2015年8月卡特彼勒钢管价格预测大赛冠军四人组说:“XGBoost是我们手上> 最牛的单一模型算法。”

2015年8月物业检查预测大赛冠军Qingchen Wang 说:“我只用 XGBoost”。

2015年9月优惠券销售预测大赛冠军 Halla Yang 说:“在监督学习算法中我只使用 Gradient Boosting,而在 Gradient Boosting 算法的实现中我只使用 XGBoost。”

2015年10月 True Native 大赛冠军 Mad Professor 说:“我已经拿了好几个Kaggle竞赛冠军了,你们可以相信我的话,XGBoost真的是个牛逼的全能算法,你值得拥有。”

但比较奇怪的是,然而只要离开这个小小的圈子,在广大的数据科学的蛮荒之地,绝大多数人都只知有深度学习,而不知有 XGBoost。我想大概可以归结为两方面原因。

  • 第一是公众的注意力集中在人工智能下围棋、机器人、识别人脸、自动驾驶这些性感的应用场景里,对于专业领域内的应用,即便大脑知道它们很重要、很有价值,但小脑提不起兴趣。

但这种态度不科学啊!要知道深度学习虽然具有革命性,但是你去看看 Kaggle 上来自真实需求的那些竞赛课题,会发现大多数还是结构化行业数据的分析。预测客户的回头率啊,预测产品寿命,预测病人是否爽约,分析干系人是否有作案嫌疑,计算产品在各城市最佳的铺货分布,等等。这些项目背后是各行各业对 AI 的迫切而真实的需求,是几千上万亿美元的潜在市场。而这正是 XGBoost 这一类算法可以驰骋的舞台,所以我们当然应该关注。

  • 第二是网上现有的 XGBoost 文章,差不多都是给正在学习机器学习的人准备的“课外读物”,它假设你已经花很长时间复习了数学基础,正在学习20个机器学习算法,而 Gradient Boosting 只是其中之一,XGBoost 只是工具之一。如果你不是这种情况,那就很难看懂这些文章。

但其实使用 XGBoost 也不需要掌握那么多其他算法啊,也不需要自底向上一层一层的积累啊。跟学习深度学习类似,如果你的目标就是掌握这一两个大杀器,那你完全可以单刀直入,在比较短的时间里形成单点突破。这是今天学习和使用 AI 技术的一个可行的途径。甚至对于有经验的开发者来说,这是一个更优的选择。

XGBoost 该红不红,其实受损失的最终还是用户和学习者。所以我们觉得应该把 XGBoost 这个算法单独抽出来,从基础的原理到算法分析,从工具使用到工程经验,来一个单点突破。

能够讲这个单点突破课程的人不多。我们邀请到有多年一线机器学习教学经验的中科院专家,精心剪裁出一个 XGBoost 核心突破课程——《XGBoost从基础到实战》。课程传送门:http://edu.ai100.com.cn/course/57

课程目标是能够在10个小时之内使你达到能动手开发模型的程度。如果你在学习机器学习,那这个课程能够帮助你纵向掌握 XGBoost 及其所有相关基础知识,在你武器库里添加一个大杀器。

如果你急于用机器学习来解决工作中的一个问题,又没有很多时间完整学习,那么请考虑 XGBoost 吧。也许很多高手学了一大圈之后,发现最后还是 XGBoost 好用。

<think>嗯,用户想知道机器学习对比深度学习的优势。首先,我需要明确机器学习和深度学习的关系,避免混淆。可能用户有误解,认为两者是完全独立的,但实际上深度学习是机器学习的一个子领域,主要基于神经网络。接下来,我需要列出机器学习相对于深度学习的优势。 首先,数据需求方面。机器学习通常在数据量较少的情况下表现更好,而深度学习需要大量数据才能发挥优势。比如,传统算法如SVM或随机森林在小数据集上更有效,这点要说明清楚。 然后是计算资源。机器学习模型训练所需的计算资源通常较少,不需要高端GPU,而深度学习需要大量算力。这对于资源有限的用户来说是个重要考量。 模型解释性也是一个关键点。机器学习模型如线性回归、决策树等更容易解释,这在医疗或金融等领域非常重要。而深度学习模型通常是黑箱,难以解释。 接下来是训练和调参的复杂度。机器学习算法参数较少,调参相对简单,而深度学习有大量超参数和结构选择,调参复杂,需要更多经验。 特定场景下的适用性。对于结构化数据机器学习可能更高效;而深度学习在非结构化数据如图像、语音处理上更优。用户可能想知道在什么情况下选择哪种方法。 过拟合问题。机器学习模型结构简单,正则化方法成熟,更容易防止过拟合。而深度学习模型复杂,容易过拟合,需要数据增强、正则化等技术,但处理不当可能导致问题。 开发周期和成本。机器学习项目周期短,适合快速验证;深度学习需要长时间训练和高成本,可能不适合紧急项目。 应用场景举例。比如,信用卡欺诈检测用随机森林,而图像识别用CNN。这些例子能帮助用户理解实际应用中的选择依据。 总结时要强调两者是互补而非对立,根据数据量、资源、解释性需求等因素选择合适方法。用户可能真正需要的是根据自身情况做出决策,而不仅仅是了解优势。需要确保回答结构清晰,逐步展开,帮助用户全面理解。</think>好的!我将从以下角度逐步对比机器学习(Machine Learning, ML)与深度学习(Deep Learning, DL)的优势,帮助您理解两者的核心差异与应用场景。 --- ### 一、**定义与关系** - **机器学习(ML)**:通过算法从数据中学习规律,完成预测或决策,涵盖传统方法(如SVM、决策树等)。 - **深度学习(DL)**:机器学习的一个子领域,基于深层神经网络(如CNN、RNN)自动提取高阶特征。 - **关键区别**:DL是ML的延伸,但两者在数据需求、计算复杂度、解释性等方面存在显著差异。 --- ### 二、**机器学习的优势** #### 1. **小数据场景表现更优** - **ML**:在数据量较少时(如数百至数千样本),传统算法(如随机森林、逻辑回归)可通过特征工程有效建模。 - **DL**:依赖海量数据(通常需万级以上样本)才能避免过拟合,小数据下易表现不佳。 #### 2. **计算资源需求低** - **ML**:训练速度快,普通CPU即可完成,适合资源受限场景(如边缘设备)。 - **DL**:需高性能GPU/TPU,训练时间长,成本高昂。 #### 3. **模型解释性强** - **ML**:线性模型、决策树等可直观解释特征重要性(如SHAP值),适用于医疗、金融等需透明度的领域。 - **DL**:黑箱模型,难以追溯决策逻辑,解释性工具(如Grad-CAM)仍有限。 #### 4. **调参复杂度低** - **ML**:超参数数量少(如SVM的核函数、正则化系数),调参成本低。 - **DL**:需调整网络结构(层数、节点数)、优化器、学习率等,经验依赖性强。 #### 5. **结构化数据的高效处理** - **ML**:对表格型结构化数据(如数据库记录)可直接建模,特征工程更灵活。 - **DL**:更擅长处理非结构化数据(图像、文本、音频),但对结构化数据可能“杀鸡用牛刀”。 --- ### 三、**典型应用场景对比** | **场景** | **推荐方法** | **原因** | |-------------------|-------------------|--------------------------------------------------------------------------| | 信用卡欺诈检测 | ML(如随机森林) | 数据量有限,需快速训练和解释性 | | 医学影像分类 | DL(如CNN) | 数据量大,需自动提取像素级特征 | | 客户流失预测 | ML(如XGBoost) | 结构化数据,特征明确,需快速迭代 | | 自然语言翻译 | DL(如Transformer)| 依赖上下文语义理解,传统ML难以建模长距离依赖 | --- ### 四、**总结:如何选择?** 1. **数据规模**:小数据选ML,大数据选DL。 2. **资源限制**:算力不足时优先ML。 3. **解释性需求**:强监管领域优先ML。 4. **问题类型**:结构化数据用ML,非结构化数据用DL。 两者并非对立关系,实际中常结合使用(如用ML处理结构化数据,DL处理图像辅助信息)。
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