机器学习分类算法之朴素贝叶斯

简介: 机器学习分类算法之朴素贝叶斯

朴素贝叶斯

背景介绍

20世纪80年代发展起来,最早由Judea Pearl1986年提出,多用于专家系统,是处理不确定性

知识和推理问题的最流行的方法。

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贝叶斯算法基于贝叶斯统计分析的数学原理,是概率论和图论相结合的产物。


朴素贝叶斯模型的泛化能力要比线性分类器(如LogisticRegression 和 LinearSVC)稍差。


朴素贝叶斯模型如此高效的原因在于,它通过单独查看每个特征来学习参数,并从每个特征中收集简单的类别统计数据。


scikit-learn 中实现了三种朴素贝叶斯分类器:GaussianNB、 BernoulliNB 和 MultinomialNB。 GaussianNB 可 应 用 于 任 意 连 续 数 据, 而BernoulliNB 假定输入数据为二分类数据, MultinomialNB 假定输入数据为计数数据(即每个特征代表某个对象的整数计数,比如一个单词在句子里出现的次数)。 BernoulliNB 和MultinomialNB 主要用于文本数据分类。


概念及原理

频率 & 概率

频率:是指事件发生的频繁程度。严格定义是:在相同的条件下,进行n次试验,事件A发生的次数a称为事件A的频数,比值a/n 称为事件A发生的频率。


概率:是指某事件出现的可能性大小。严格定义是:设E是随机试验(一定是要随机的),S是样本空间(说白了就是可能出现的每种情况),对于E的每一个事件A赋予一个实数,记作P(A),称为事件A的概率,如果集合函数P(·)满足以下条件:


1.非负性:P(A)≥0;

2.规范性:对必然事件S,有P(S)=1

3.可列可加性:对于两两互不相容事件,或事件的概率=各单独事件的概率之和


先验概率 & 后验概率 & 条件概率


先验概率:事件发生前的预判概率。可以是基于历史数据的统计,可以由背景常识得出,也可以是人的主观观点给出。一般都是单独事件概率,如P(x),P(y)。

条件概率:一个事件发生后另一个事件发生的概率。一般的形式为P(x|y)表示y发生的条件下x发生的概率。

后验概率:结果发生后反推事件发生原因的概率;或者说,基于先验概率求得的反向条件概率。概率形式与条件概率相同。


感觉又回到了大学里面的概率论与数理统计的课程,其实基本的思想就是如此


贝叶斯公式


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P(A|B)表示在B发生的条件下A发生的概率是多少?


全概率公式


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贝叶斯公式的意义


案例:


某地区居民肝癌的发病率为0.0004,现用甲胎蛋白法进行普查。医学研究表明,化验结果是有错检的可能性。已知患有肝癌的人其化验结果99%呈阳性(有病),而没患肝癌的人其化验结果99.9%呈阴性(无病)。


现某人的检查结果呈阳性,问他真正得肝癌的概率有多大?


解答:


设A=“结果检查呈阳性”,B=“被检查患者确实有肝癌”,已知P(B)=0.0004, P(B-)=0.9996 , P(A|B)=0.99,P(A|B-)=0.001.由贝叶斯公式可得到:


image.png


复检能够大大提高化验的准确率


如果某人首次化验,成果呈阳性。第二次复检,仍然呈阳性。请问该患者患肝癌的概率有多大?  

首次检查呈阳性的患者,他的P(B)=0.284,复检仍然呈阳性,则患肝癌的概率为:


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贝叶斯算法


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朴素贝叶斯( Naive Bayes)模型是一种基于概率的学习方法


“朴素”不是指艰苦朴素的“朴素”,是指假设每个属性条件都是相互独立的,没有相关性


经典案例


现在给我们的问题是,如果一对男女朋友,男生想女生求婚,男生的四个特点分别是不帅,性格不好,身高矮,不上进,请你判断一下女生是嫁还是不嫁?


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看到上述规则的男同胞们,及时你被上帝关上了一扇窗,那你也可以自己撬开一扇门


朴素贝叶斯案例

这是一个典型的分类问题

数学问题就是比较


p(嫁|(不帅、性格不好、身高矮、不上进))


p(不嫁|(不帅、性格不好、身高矮、不上进))


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下面我将一个一个的进行统计计算(在数据量很大的时候,中心极限定理,频率是等于概率的)

p(嫁)=?

首先我们整理训练数据中,嫁的样本数如下:则 p(嫁) = 6/12(总样本数) = 1/2


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则 p(嫁) = 6/12(总样本数) = 1/2


p(不帅|嫁)=?统计满足样本数如下


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则p(不帅|嫁) = 3/6 = 1/2 在嫁的条件下,看不帅有多少


带入其他统计量


image.png


= (1/2*1/6*1/6*1/6*1/2)/(5/12*1/3*7/12*5/12)


贝叶斯分类器



分母对于所有类别为常数,我们只要将分子最大化皆可。又因为各特征属性是条件独立的,所以有:


image.png


1、设x={a1,a2,a3,......am}为一个待分类项,而每个a为x的一个特征属性。

2、有类别集合C={y1,y2,......yn}。

3、计算P(y1|x),P(y2|x),......,P(yn|x),。

4、如果,P(yk|x)=max{P(y1|x),P(y2|x),......,P(yn|x)},则x属于yk。


常见的三种贝叶斯模型


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