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标题: 各类机器学习算法的优缺点和适用场景汇总 [打印本页]

作者: 杨利霞 时间: 2021-4-10 11:24
标题: 各类机器学习算法的优缺点和适用场景汇总

各类机器学习算法的优缺点和适用场景汇总
目录
朴素贝叶斯分类器（NB:naive Bayes classifiers）
半朴素贝叶斯分类器（SNB:semi-naive Bayes classifiers）
贝叶斯网（信念网）
决策树（decision tree）
支持向量机（SVM）
神经网络
词向量（word2vec）
k近邻分类（kNN）
线性模型
高斯混合聚类与k均值（k-means）及其变种（k-means++、ISODATA、Kernel K-means）的对比
关于学习算法的性能实验结果
朴素贝叶斯分类器（NB:naive Bayes classifiers）
顾名思义，其适用于分类任务、并且假设每个属性独立地对分类结果发生影响，然而现实中各个因素往往并不独立，那是否就无法解决问题呢？
事实上并非如此，相反，朴素贝叶斯分类器在很多情况下都能获得相当好的性能，一种解释是：无需精准概率值即可导致正确分类结果；另一种解释是：若属性间依赖对所有类别影响相同，或依赖关系的影响能相互抵消，则属性条件独立性假设在降低计算开销的同时，不会对性能产生负面影响。

优点：
1、计算量较小
2、支持懒惰学习、增量学习
3、对缺失数据不太敏感
4、推断即查表，速度极快。
缺点：
1、没有考虑属性间依赖
2、通过类先验概率产生模型

半朴素贝叶斯分类器（SNB:semi-naive Bayes classifiers）
相比NB的不考虑依赖，SNB则是考虑了一个（独依赖估计策略：ODE）或多个（多依赖估计策略：kDE）属性依赖
优点：
1、考虑了一个或多个比较强的属性依赖关系，泛化性能可能得到提升
2、计算开销不大
3、同样支持懒惰学习、增量学习
缺点：
1、通过类先验概率产生模型

贝叶斯网（信念网）
贝叶斯网借助有向无环图刻画属性之间的依赖关系，通过吉布斯采样或者变分推断等方式来近似推断后验概率。
优点：
1、更加完整地考虑了属性间依赖关系，泛化性能将进一步提升
2、近似估算后验概率
3、可用于推测属性缺失的样本
4、良好的可解释性
5、常用于语音识别、机器翻译等
缺点：
1、结构学习NP难，通过评分搜索方法缓解
2、推断算法的收敛速度较慢

决策树（decision tree）
决策树通过信息纯度（信息增益、增益率、基尼指数等）来决定结点的生成，通过剪枝来缩小决策树的尺寸以及缓解过拟合。是一种非参数学习算法。
优点：
1、计算量较小
2、清晰表达属性的重要程度
3、可增量学习对模型进行部分重构
4、不需要任何领域知识和参数假设
5、适合高维数据
6、随机森林是基于决策树的集成学习策略，随机森林鲜有短板
缺点：
1、没有考虑属性间依赖
2、容易过拟合，通过剪枝缓解
3、不可用于推测属性缺失的样本

支持向量机（SVM）
基于训练集D在样本空间中找到一个划分超平面，将不同类别的样本分开，是一种针对二分类设计的算法，但稍加改造为支持向量回归即可用于回归学习。
优点：
1、可解决小样本的机器学习任务
2、可解决高维问题
3、可通过核方法解决非线性问题
缺点：
1、对缺失数据敏感
2、对于非线性问题，核函数方法选择一直是个未决问题

神经网络
优点：
1、分类的准确度极高
2、可解决复杂的非线性问题
3、对噪声神经有较强的鲁棒性和容错能力
4、并行分布处理能力强,分布存储及学习能力强
5、常用于图像识别
6、数据量越大，表现越好
缺点：
1、黑箱模型，难以解释
2、需要初始化以及训练大量参数，如网络结构、权值、阈值，计算复杂
3、误差逆传播的损失
4、容易陷入局部最小

词向量（word2vec）
将文章的每句话当成一行，将每个词用符号隔开（如使用中文分词工具jieba），根据上下文，可以找出相似词义的词。
比如：我喜欢你，我爱你，我讨厌你。根据上下文我和你，可以找到喜欢的相似词，有爱和讨厌。
再一般地如：1 2 3 X 4 5 6，1 2 3 Y 4 5 6。根据上下文1 2 3和4 5 6，可以找到X和Y相似。
gensim是一个很好用的Python NLP的包，不光可以用于使用word2vec，还有很多其他的API可以用。它封装了google的C语言版的word2vec。

k近邻分类（kNN）
基于某种距离度量找出训练集中与其最靠近的k个训练样本，或者指定距离e之内的训练样本，分类任务中通过投票法（以及加权投票等）将出现最多的类别标记作为预测结果，回归任务中则使用平均法（以及加权平均等）
优点：
1、思想简单，易于理解，易于实现，无需估计参数，无需训练；
2、适合对稀有事件进行分类；
3、特别适用于多分类问题
缺点：
1、需要计算出待测样本与所有样本的距离，计算量大
2、样本不平衡时影响大
3、适用的特征维度低

线性模型
优点：
1、算法简单，编程方便
2、计算简单，决策速度快
缺点：
1、拟合效果较差

高斯混合聚类与k均值（k-means）及其变种（k-means++、ISODATA、Kernel K-means）的对比
k-means是高斯混合聚类在混合成分方差相等、且每个样本仅指派给一个混合成分时的特例，因此k-means计算简单，但效果不如高斯混合聚类
由于计算太过复杂，高斯混合聚类并不常用，推荐使用k-means++（与k-means随机选定不同，k-means++初始选定的几个样本距离尽量远，这样能更快得出分簇结果）等k-means变种。

关于学习算法的性能实验结果
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14年的时候有人做过一个实验[1]，比较在不同数据集上（121个），不同的分类器（179个）的实际效果。
论文题为：Do we Need Hundreds of Classifiers to Solve Real World Classification Problems?
没有最好的分类器，只有最合适的分类器。
1、随机森林平均来说最强，但也只在9.9%的数据集上拿到了第一，优点是鲜有短板。
2、SVM的平均水平紧随其后，在10.7%的数据集上拿到第一。
3、神经网络（13.2%）和boosting（~9%）表现不错。
4、数据维度越高，随机森林就比AdaBoost强越多，但是整体不及SVM[2]。
5、数据量越大，神经网络就越强。
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