实现机器学习的循序渐进指南VI——AdaBoost

目录

介绍

AdaBoost模型

弱分类器

权重更新

分类

结论与分析

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介绍

AdaBoost是Boosting的一种方法，它基于多分类器组合可以在复杂环境中获得更准确结果的原则。 

AdaBoost模型

AdaBoost模型由弱分类器，权重更新和分类组成。

弱分类器

AdaBoost将弱分类器与某些策略相结合，以获得强大的分类器，如下所示。在每次迭代中，错误分类的样本的权重将增加以捕获分类器“注意”。例如，在图（a）中，虚线是分类器平面，并且存在两个错误分类的蓝色样本和一个红色样本。然后，在图（b）中，增加了两个蓝色样本和一个红色样本的权重。在每次迭代时调整权重后，我们可以组合所有弱分类器以获得最终的强分类器。

权重更新

在每次迭代时有两种类型的权重要更新，即每个样本 的权重和每个弱分类器的权重。一开始，初始化如下：

其中N，  M分别是样本数和弱分类器数。

AdaBoost在每次迭代中训练一个弱分类器，表示其训练误差计算为

然后，通过更新弱分类器的权重

更新样本的权重

其中

形成上述等式，我们可以得出结论

1.训练误差是错误分类样本的权重之和

2.当e m小于0.5，am 大于0，这意味着较低的训练误差的弱分类具有

 弱分类器在最终分类器中扮演的更重要的角色。

3.权重更新可写为

这意味着正确的分类样本的权重减少，而错误的分类样本的权重增加。

AdaBoost的训练流程代码如下所示 

def train(self, train_data, train_label):
        if self.norm_type == "Standardization":
            train_data = preProcess.Standardization(train_data)
        else:
            train_data = preProcess.Normalization(train_data)

        train_label = np.expand_dims(train_label, axis=1)
        sample_num = len(train_data)

        weak_classifier = []

        # initialize weights
        w = np.ones([sample_num, 1])
        w = w/sample_num

        # predictions
        agg_predicts = np.zeros([sample_num, 1]) # aggregate value of prediction

        # start train
        for i in range(self.iterations):
            base_clf, error, base_prediction = self.baseClassifier(train_data, train_label, w)
            alpha = self.updateAlpha(error)
            weak_classifier.append((alpha, base_clf))

            # update parameters in page of 139 Eq.(8.4)
            expon = np.multiply(-1 * alpha * train_label, base_prediction)
            w = np.multiply(w, np.exp(expon))
            w = w/w.sum()

            # calculate the total error rate
            agg_predicts += alpha*base_prediction
            error_rate = np.multiply(np.sign(agg_predicts) != train_label, np.ones([sample_num, 1]))
            error_rate = error_rate.sum()/sample_num

            if error_rate == 0:
                break
            self.classifier_set = weak_classifier
        return weak_classifier

分类

结合所有弱分类器以获得强分类器。分类规则是每个弱分类结果的加权和，由下式给出

结论与分析

AdaBoost可以作为使用前向步进算法的指数损失函数的加法模型。在AdaBoost中，弱分类器的类型可以不同或相同。在本文中，我们使用5个SVM分类器作为弱分类器，检测性能如下所示：

它可以是精度提高约5％，运行时间约为单个SVM的5倍。

可以在MachineLearning中找到本文中的相关代码和数据集  。

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原文地址：https://www.codeproject.com/Articles/4114375/Step-by-Step-Guide-to-Implement-Machine-Learning