提升(boosting)方法基本思路

本文探讨了在PAC框架下,如何将弱可学习的概念转化为强可学习的概念。介绍了通过提升方法,利用一系列弱分类器组合形成强分类器的过程。特别讨论了AdaBoost算法在调整训练样本权重及组合弱分类器方面的策略。

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在PAC框架下,一个概念如果存在一个多项式的学习算法能够学习它,并且正确率很高,那么就称这个概念为强可学习的;一个概念如果存在一个多项式的学习算法能够学习它但正确率仅比随机猜测高一点,那么久城这个概念为弱可学习的。强可学习与弱可学习已被证明是等价的。

这样一来,问题便成为,在学习中,如果已经发现了“弱学习算法”,能否将它提升为“强学习算法”。
对于分类问题而言,给定一个训练样本集,求比较粗糙的分类规则(弱分类器)要比求精确的分类规则(强分类器)容易得多,提升方法就是从弱学习算法出发,得到一系列弱分类器(基本分类器),然后组合这些弱分类器,构成一个强分类器。

这样对提升方法来说,有两个问题需要回答:一是在每一轮如何改变训练器的权值或分布;二是如何将弱分类器组合成一个强分类器。第1个问题,AdaBoost的做法是:提高那些被前一轮分类器错误分类样本的权值,而降低那些被正确分类样本的权值。这样一来,那些没有得到正确分类的数据,由于其权值增大而受到后一轮的弱分类器的更大关注。第2个问题,Adaboost的做法是采取加权多数表决的方法,具体地,加大分类误差率小的弱分类器的权值,使其在表决中起较大的作用,减小分类误差率大的弱分类器的权值,使其在表决中起较小的作用。

### LightGBM 特征选择算法工作原理 LightGBM 是一种高效的梯度提升决策树 (Gradient Boosting Decision Tree, GBDT) 算法,在特征选择方面具有显著优势。该算法不仅继承了传统 GBDT 的优点,还引入了一些独特的机制来增强其性能。 #### 1. 基于直方图的分裂查找方法 为了加速节点分裂过程中的最佳分割点计算,LightGBM 使用了一种称为 **Histogram-based Split Finding** 的技术。这种方法通过将连续型特征离散化为若干个区间(即桶),并统计每个区间的样本分布情况形成直方图。当寻找最优切分点时,只需遍历这些离散化的区间即可完成快速定位[^1]。 ```python import lightgbm as lgb # 创建数据集 train_data = lgb.Dataset(X_train, label=y_train) # 设置参数 params = { 'objective': 'binary', 'metric': {'auc'}, } # 训练模型 bst = lgb.train(params, train_data) ``` #### 2. GOSS 和 EFB 技术的应用 除了上述提到的直方图优化外,LightGBM 还采用了两种创新性的采样策略——渐进式一阶剪枝 (Gradual One-Side Sampling, GOSS)[^2] 及互斥特征捆绑 (Exclusive Feature Bundling, EFB),用于进一步减少不必要的计算开销: - **GOSS**: 对于每一轮迭代过程中产生的梯度值较大的少数重要样本给予更多关注;而对于那些贡献较小的数据则适当降低权重甚至忽略不计。 - **EFB**: 将相互排斥或几乎不会同时取较大绝对值的一组特征绑定在一起表示,从而有效降低了输入维度。 这两种方法共同作用下使得 LightGBM 能够更高效地处理大规模稀疏数据,并且在保持较高精度的同时大幅缩短训练时间。 #### 3. 构建基于 LightGBM 的特征选择流程 对于具体的特征选择应用场景而言,通常会经历以下几个阶段的操作[^3]: - 数据预处理:包括缺失值填补、异常检测以及标准化转换等操作; - 利用 LightGBM 自带的重要性评分功能筛选出最具影响力的变量集合; - 结合领域知识调整最终选定的关键属性列表; - 验证所选特征组合的效果并通过交叉验证等方式不断调优直至获得满意的结果。 综上所述,LightGBM 不仅具备强大的预测能力,而且内置了一系列有助于理解各因素间关系的功能模块,这使其成为解决复杂机器学习任务的理想工具之一。
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