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机器学习-朴素贝叶斯

news 来源：原创 2024/9/28 8:01:01

分类是机器学习最常见的任务。

定义：给定一个对象 X，将其划分到预定义好的某一个类别 yi中

–输入 X

–输出Y （取值于有限集 {y1,y 2,…yn }）

应用:

–人群，新闻分类，Query分类，商品分类，网页分类，垃圾邮件过滤，网页排序

不同类型的分类

类别数量：

二値分类：Y 的取值只有两种，如：email 是否垃圾邮件
多值分类：Y 的取值大于两种，如：网页分类{政治，经济，体育}

类别关系

水平分类：类别之间无包含关系
层级分类：类别形成等级关系

分类器的分类：

概率分类器:Naive Bayes(NB,朴素贝叶斯) ，EM（Expectation–Maximization）最大化期望
1. 计算待分类对象属于每个类别的概率，选择概率最大的类别作为最终输出
空间:Perceptron（感知机）, SVM（ Support Vector Machine 支持向量机）
其他:KNN

以新闻分类为例子说明机器学习的流程。

特征表示：x={昨日，是，国内，投资，市场...}
特征选择：x={国内，投资，市场...}
模型选择：朴素贝叶斯分类器
训练数据：(x,y)1,(x,y)2,(x,y)3，...
模型训练：learn.exe trainingDataFile model
测试（分类）:classify.exe model newDataFile
评测：Accuracy:90%

其中选择朴素贝叶斯分类器的原因:

数据量大
需要快速，高效
可以分布式

朴素贝叶斯分类（Naive Bayes，NB）

基于贝叶斯原理

P(X):待分类对象自身的概率，可忽略（我们主要是比较同一个对象分别属于不同分类的概率大小关系，没必要求出概率的具体值）
：每个类别的先验概率，如P(军事)
：每个类别产生该对象的概率
：每个类别产生该特征的概率，如P(苹果|科技)

注意 X 属于yi概率，我将其表示表示每个单词的联合概率，单词联合概率不好求，所以我们假设文档中每个词是独立，由联合概率的独立性推出第三个式子。

随机变量X，Y是相互独立。

注意：

由于每个单词的乘积，如果某个词在某个类型出现零次，那么就会造成概率为0的情况，这样造成文章属于该分类的概率为0.我们要进行平滑处理（打土豪分田地），这里就用加一平滑（拉普拉斯平滑）,就是给每一个单词加一个默认个数：可以是0.1或者其他数据，这要需要给单词总数添加一个词表的个数。这个平滑是加在训练阶段，在分类时，如果新数据出现整个训练词表中都没有出现的词，我目前做法是丢弃。

数据稀疏：是机器学习中很大的问题，比拉普拉斯平滑更好的解决数据稀疏的方法是：通过聚类将未出现的词找出系统相关词，根据相关词的概率求一个平均值。如果：系统有“苹果”，“葡萄”等词，但是没有“榴莲”，我们可以根据“苹果”，“葡萄”等平均值作为“榴莲”的概率，这样跟合理。

在计算机中运算，概率为（0,1）之间的小数，连续乘积容易造成溢出。又因为我们是比较文章与分类概率大小，所以我们可以log(xy)=log(x)+log(y) 将连乘改成连加。log 函数单调递增。如果 x>y 则 log(x)>log(y)

参数估计

也就如何求各个概率。

策略：最大似然估计（maximum likelihoodestimation,MLE）

先验概率：

Count(yi):类别为yi 的对象在训练数据中出现的次数。

:所有文档数

Count(xj,yi):特征 xj 和类别 yi 在训练数据中同时出现的次数

Count(yi):类别 yi 总词数。

预测

给定 x,计算所有的p(yi|x),选择概率值最大的yi 作为输出。

评测

准确度 Accuracy：(C11+C22）/(C11+C12+C21+C22)
精确率Precision(y1)：C11/(C11+C21)
召回率Recall(y1)：C11/(C11+C12)

准确度只能从整体上评测分类器。

如果想知道某个分别上的分类精准情况，可以用精准率。

精准率：是分类器认为某一类中，实际是这一类的比例。

召回率对于某些情况很重要。像垃圾邮件分类器。如果我们将一份正常邮件分成垃圾邮件，和将垃圾邮件分成正常邮件，哪个危害大？当然是将正常邮件分成垃圾邮件，因为一旦误分成垃圾邮件，客户就丢失这封邮件的信息，但是将垃圾邮件误分成正常邮件，只不过浪费客服几秒种，删除就行了。所以这是正常召回率就相当重要，我们要看有多少正常邮件被召回，我们尽量要让正常邮件的召回率为100%。

朴素贝叶斯分类特点

优点