常见机器学习算法主要思想(一)

简介: 常见机器学习算法主要思想(一)

前言:


 找工作时(IT行业),除了常见的软件开发以外,机器学习岗位也可以当作是一个选择,不少计算机方向的研究生都会接触这个,如果你的研究方向是机器学习/数据挖掘之类,且又对其非常感兴趣的话,可以考虑考虑该岗位,毕竟在机器智能没达到人类水平之前,机器学习可以作为一种重要手段,而随着科技的不断发展,相信这方面的人才需求也会越来越大。


 纵观IT行业的招聘岗位,机器学习之类的岗位还是挺少的,国内大点的公司里百度,阿里,腾讯,网易,搜狐,华为(华为的岗位基本都是随机分配,机器学习等岗位基本面向的是博士)等会有相关职位,另外一些国内的中小型企业和外企也会招一小部分。当然了,其中大部分还是百度北京要人最多,上百人。阿里的算法岗位很大一部分也是搞机器学习相关的。另外本人有幸签约了网易杭州研究院的深度学习算法岗位,打算从事机器学习领域至少5年。非常感谢小易收留了我!


 下面是本人在找机器学习岗位工作时,总结的常见机器学习算法(主要是一些常规分类器)大概流程和主要思想,希望对大家找机器学习岗位时有点帮助。实际上在面试过程中,懂这些算法的基本思想和大概流程是远远不够的,那些面试官往往问的都是一些公司内部业务中的课题,往往要求你不仅要懂得这些算法的理论过程,而且要非常熟悉怎样使用它,什么场合用它,算法的优缺点,以及调参经验等等。说白了,就是既要会点理论,也要会点应用,既要有点深度,也要有点广度,否则运气不好的话很容易就被刷掉,因为每个面试官爱好不同。


 朴素贝叶斯:


 有以下几个地方需要注意:


 1. 如果给出的特征向量长度可能不同,这是需要归一化为通长度的向量(这里以文本分类为例),比如说是句子单词的话,则长度为整个词汇量的长度,对应位置是该单词出现的次数。


 其中一项条件概率可以通过朴素贝叶斯条件独立展开。要注意一点就是 的计算方法,而由朴素贝叶斯的前提假设可知, = ,因此一般有两种,一种是在类别为ci的那些样本集中,找到wj出现次数的总和,然后除以该样本的总和;第二种方法是类别为ci的那些样本集中,找到wj出现次数的总和,然后除以该样本中所有特征出现次数的总和。


 3. 如果 中的某一项为0,则其联合概率的乘积也可能为0,即2中公式的分子为0,为了避免这种现象出现,一般情况下会将这一项初始化为1,当然为了保证概率相等,分母应对应初始化为2(这里因为是2类,所以加2,如果是k类就需要加k,术语上叫做laplace光滑, 分母加k的原因是使之满足全概率公式)。


 朴素贝叶斯的优点:


 对小规模的数据表现很好,适合多分类任务,适合增量式训练。


 缺点:


 对输入数据的表达形式很敏感。


 决策树:


 决策树中很重要的一点就是选择一个属性进行分枝,因此要注意一下信息增益的计算公式,并深入理解它。


 其中的n代表有n个分类类别(比如假设是2类问题,那么n=2)。分别计算这2类样本在总样本中出现的概率p1和p2,这样就可以计算出未选中属性分枝前的信息熵。


 现在选中一个属性xi用来进行分枝,此时分枝规则是:如果xi=vx的话,将样本分到树的一个分支;如果不相等则进入另一个分支。很显然,分支中的样本很有可能包括2个类别,分别计算这2个分支的熵H1和H2,计算出分枝后的总信息熵H’=p1*H1+p2*H2.,则此时的信息增益ΔH=H-H’。以信息增益为原则,把所有的属性都测试一边,选择一个使增益最大的属性作为本次分枝属性。


 决策树的优点:


 计算量简单,可解释性强,比较适合处理有缺失属性值的样本,能够处理不相关的特征;


 缺点:


 容易过拟合(后续出现了随机森林,减小了过拟合现象);


 Logistic回归:


 Logistic是用来分类的,是一种线性分类器,需要注意的地方有:


 1. logistic函数表达式


 2. logsitc回归方法主要是用最大似然估计来学习的,所以单个样本的后验概率


 到整个样本的后验概率



 通过对数进一步化简


 3. 其实它的loss function为-l(θ),因此我们需使loss function最小,可采用梯度下降法得到。梯度下降法公式为


 Logistic回归优点:


 1、实现简单;


 2、分类时计算量非常小,速度很快,存储资源低;


 缺点:


 1、容易欠拟合,一般准确度不太高


 2、只能处理两分类问题(在此基础上衍生出来的softmax可以用于多分类),且必须线性可分;


 线性回归:


 线性回归才是真正用于回归的,而不像logistic回归是用于分类,其基本思想是用梯度下降法对最小二乘法形式的误差函数进行优化,当然也可以用normal equation直接求得参数的解,结果为


 而在LWLR(局部加权线性回归)中,参数的计算表达式为:


 由此可见LWLR与LR不同,LWLR是一个非参数模型,因为每次进行回归计算都要遍历训练样本至少一次。


 线性回归优点:


 实现简单,计算简单;


 缺点:


 不能拟合非线性数据;


 KNN算法:


 KNN即最近邻算法,其主要过程为:


 1. 计算训练样本和测试样本中每个样本点的距离(常见的距离度量有欧式距离,马氏距离等);


 2. 对上面所有的距离值进行排序;


 3. 选前k个最小距离的样本;


 4. 根据这k个样本的标签进行投票,得到最后的分类类别;


 如何选择一个最佳的K值,这取决于数据。一般情况下,在分类时较大的K值能够减小噪声的影响。但会使类别之间的界限变得模糊。一个较好的K值可通过各种启发式技术来获取,比如,交叉验证。另外噪声和非相关性特征向量的存在会使K近邻算法的准确性减小。


 近邻算法具有较强的一致性结果。随着数据趋于无限,算法保证错误率不会超过贝叶斯算法错误率的两倍。对于一些好的K值,K近邻保证错误率不会超过贝叶斯理论误差率。


 注:马氏距离一定要先给出样本集的统计性质,比如均值向量,协方差矩阵等。


 KNN算法的优点:


 1. 思想简单,理论成熟,既可以用来做分类也可以用来做回归;


 2. 可用于非线性分类;


 3. 训练时间复杂度为O(n);


 4. 准确度高,对数据没有假设,对outlier不敏感;


 缺点:


 1. 计算量大;


 2. 样本不平衡问题(即有些类别的样本数量很多,而其它样本的数量很少);


 3. 需要大量的内存;


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