集成学习—boosting和bagging异同

集成学习

集成学习通过构建并结合多个学习器来完成学习任务.只包含同种类型的个体学习器，这样的集成是“同质”的；包含不同类型的个体学习器，这样的集成是“异质”的.集成学习通过将多个学习器进行结合，常可获得比单一学习器显著优越的泛化性能.

根据个体学习器的生成方式，目前的集成学习方法大致可分为两大类，即个体学习器间存在强依赖关系、必须串行生成的序列化方法，以及个体学习器间不存在强依赖关系、可同时生成的并行化方法；前者的代表是Boosting，后者的代表是Bagging和“随机森林”.

bagging与boosting的概念及区别

首先介绍Bootstraping，即自助法：它是一种有放回的抽样方法（可能抽到重复的样本）.

1、Bagging (bootstrap aggregating)

Bagging即套袋法，其算法过程如下：

A）从原始样本集中抽取训练集.每轮从原始样本集中使用Bootstraping的方法抽取n个训练样本（在训练集中，有些样本可能被多次抽取到，而有些样本可能一次都没有被抽中）.共进行k轮抽取，得到k个训练集.（k个训练集相互独立）

B）每次使用一个训练集得到一个模型，k个训练集共得到k个模型.（注：根据具体问题采用不同的分类或回归方法，如决策树、神经网络等）

C）对分类问题：将上步得到的k个模型采用投票的方式得到分类结果；对回归问题，计算上述模型的均值作为最后的结果.

2、Boosting

Boosting是一族可将弱学习器提升为强学习器的算法.

关于Boosting的两个核心问题：

1）在每一轮如何改变训练数据的权值或概率分布？

通过提高那些在前一轮被弱分类器分错样例的权值，减小前一轮分对样本的权值，而误分的样本在后续受到更多的关注.

2）通过什么方式来组合弱分类器？

通过加法模型将弱分类器进行线性组合，比如AdaBoost通过加权多数表决的方式，即增大错误率小的分类器的权值，同时减小错误率较大的分类器的权值.

而提升树通过拟合残差的方式逐步减小残差，将每一步生成的模型叠加得到最终模型.

3、Bagging，Boosting二者之间的区别

Bagging和Boosting的区别：

1）样本选择上：

Bagging：训练集是在原始集中有放回选取的，从原始集中选出的各轮训练集之间是独立的.

Boosting：每一轮的训练集不变，只是训练集中每个样例在分类器中的权重发生变化.而权值是根据上一轮的分类结果进行调整.

2）样例权重：

Bagging：使用均匀取样，每个样例的权重相等

Boosting：根据错误率不断调整样例的权值，错误率越大则权重越大.

3）预测函数：

Bagging：所有预测函数的权重相等.

Boosting：每个弱分类器都有相应的权重，对于分类误差小的分类器会有更大的权重.

4）并行计算：

Bagging：各个预测函数可以并行生成

Boosting：各个预测函数只能顺序生成，因为后一个模型参数需要前一轮模型的结果.

4、随机森林

随机森林是Bagging的一个扩展变体，除了样本集是有放回的采样外，属性集合也引入了随机属性选择.具体来说，传统决策树在选择划分属性时是在当前结点的属性集合中选择一个最优属性；而在RF中，对基决策树的每个结点，先从该结点的属性集合中随机选择一个包含k个属性的子集，然后再从这个子集中选择一个最优属性用于划分.

随机森林简单、容易实现、计算开销小.效果能使得最终集成的泛化性能可通过个体学习器之间差异度的增加而进一步提升.

5、多样性增强

l  数据样本扰动

数据样本扰动通常是基于采样法，对于决策树、神经网络等“不稳定基学习器”很有效，对于线性学习器、支持向量机、朴素贝叶斯、k近邻学习器等稳定基学习器不敏感；

l  输入属性扰动

属性子空间提供了观察数据的不同视角，对包含大量冗余属性的数据，在子空间中训练个体学习器不仅能产生多样性大的个体，还会因属性数的减少而大幅节省时间开销；

l  输出表示扰动

基本思路是对输出表示进行操纵以增强多样性.可对训练样本的类标记稍作变动；也可对输出表示进行转化；还可将原任务拆解为多个可同时求解的子任务；

l  算法参数扰动

基学习算法一般都有参数需进行设置，例如神经网络的隐层神经元数、初始连接权值等，通过随机设置不同的参数，往往可产生差别较大的个体学习器.