朴素贝叶斯算法简介及python代码实现分析
概念:
贝叶斯定理:贝叶斯理论是以18世纪的一位神学家托马斯.贝叶斯(Thomas Bayes)命名。通常,事件A在事件B(发生)的条件下的概率,与事件B在事件A(发生)的条件下的概率是不一样的;然而,这两者是有确定的关系的,贝叶斯定理就是这种关系的陈述
朴素贝叶斯:朴素贝叶斯方法是基于贝叶斯定理和特征条件独立假设的分类方法。对于给定的训练数据集,首先基于特征条件独立假设学习输入/输出的联合概率分布;然后基于此模型,对给定的输入x,利用贝叶斯定理求出后验概率(Maximum A Posteriori)最大的输出y。
通俗的来讲,在给定数据集的前提下,对于一个新样本(未分类),在数据集中找到和新样本特征相同的样本,最后根据这些样本算出每个类的概率,概率最高的类即为新样本的类。
运算公式:
P( h | d) = P ( d | h ) * P( h) / P(d)
这里:
P ( h | d ):是因子h基于数据d的假设概率,叫做后验概率
P ( d | h ) : 是假设h为真条件下的数据d的概率
P( h) : 是假设条件h为真的时候的概率(和数据无关),它叫做h的先验概率
P(d) : 数据d的概率,和先验条件无关.
算法实现分解:
1 数据处理:加载数据并把他们分成训练数据和测试数据
2 汇总数据:汇总训练数据的概率以便后续计算概率和做预测
3 结果预测: 通过给定的测试数据和汇总的训练数据做预测
4 评估准确性:使用测试数据来评估预测的准确性
代码实现:
- # Example of Naive Bayes implemented from Scratch in Python
- import csv
- import random
- import math
- def loadCsv(filename):
- lines = csv.reader(open(filename, "rb"))
- dataset = list(lines)
- for i in range(len(dataset)):
- dataset[i] = [float(x) for x in dataset[i]]
- return dataset
- def splitDataset(dataset, splitRatio):
- trainSize = int(len(dataset) * splitRatio)
- trainSet = []
- copy = list(dataset)
- while len(trainSet) < trainSize:
- index = random.randrange(len(copy))
- trainSet.append(copy.pop(index))
- return [trainSet, copy]
- def separateByClass(dataset):
- separated = {}
- for i in range(len(dataset)):
- vector = dataset[i]
- if (vector[-1] not in separated):
- separated[vector[-1]] = []
- separated[vector[-1]].append(vector)
- return separated
- def mean(numbers):
- return sum(numbers)/float(len(numbers))
- def stdev(numbers):
- avg = mean(numbers)
- variance = sum([pow(x-avg,2) for x in numbers])/float(len(numbers)-1)
- return math.sqrt(variance)
- def summarize(dataset):
- summaries = [(mean(attribute), stdev(attribute)) for attribute in zip(*dataset)]
- del summaries[-1]
- return summaries
- def summarizeByClass(dataset):
- separated = separateByClass(dataset)
- summaries = {}
- for classValue, instances in separated.iteritems():
- summaries[classValue] = summarize(instances)
- return summaries
- def calculateProbability(x, mean, stdev):
- exponent = math.exp(-(math.pow(x-mean,2)/(2*math.pow(stdev,2))))
- return (1 / (math.sqrt(2*math.pi) * stdev)) * exponent
- def calculateClassProbabilities(summaries, inputVector):
- probabilities = {}
- for classValue, classSummaries in summaries.iteritems():
- probabilities[classValue] = 1
- for i in range(len(classSummaries)):
- mean, stdev = classSummaries[i]
- x = inputVector[i]
- probabilities[classValue] *= calculateProbability(x, mean, stdev)
- return probabilities
- def predict(summaries, inputVector):
- probabilities = calculateClassProbabilities(summaries, inputVector)
- bestLabel, bestProb = None, -1
- for classValue, probability in probabilities.iteritems():
- if bestLabel is None or probability > bestProb:
- bestProb = probability
- bestLabel = classValue
- return bestLabel
- def getPredictions(summaries, testSet):
- predictions = []
- for i in range(len(testSet)):
- result = predict(summaries, testSet[i])
- predictions.append(result)
- return predictions
- def getAccuracy(testSet, predictions):
- correct = 0
- for i in range(len(testSet)):
- if testSet[i][-1] == predictions[i]:
- correct += 1
- return (correct/float(len(testSet))) * 100.0
- def main():
- filename = 'pima-indians-diabetes.data.csv'
- splitRatio = 0.67
- dataset = loadCsv(filename)
- trainingSet, testSet = splitDataset(dataset, splitRatio)
- print('Split {0} rows into train={1} and test={2} rows').format(len(dataset), len(trainingSet), len(testSet))
- # prepare model
- summaries = summarizeByClass(trainingSet)
- # test model
- predictions = getPredictions(summaries, testSet)
- accuracy = getAccuracy(testSet, predictions)
- print('Accuracy: {0}%').format(accuracy)
- main()
pima-indians-diabetes.data.csv的下载地址:
https://raw.githubusercontent.com/jbrownlee/Datasets/master/pima-indians-diabetes.data.csv
参考文档:
1 https://en.wikipedia.org/wiki/Naive_Bayes_classifier
2 https://machinelearningmastery.com/naive-bayes-classifier-scratch-python/
3 https://machinelearningmastery.com/naive-bayes-for-machine-learning/
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