AdaBoost算法简介
一、AdaBoost的损失函数
AdaBoost优化的是指数损失,即\begin{align*} \mathbb{E}_{\boldsymbol{x} \sim \mathfrak{D}, y}[e^{-y H(\boldsymbol{x})}] = \int_{\boldsymbol{x}} \sum_y e^{-y H(\boldsymbol{x})} p(y|\boldsymbol{x}) p(\boldsymbol{x}) \mbox{d} \boldsymbol{x} \end{align*}记$F(\boldsymbol{x}, H, H') = \sum_y e^{-y H(\boldsymbol{x})} p(y|\boldsymbol{x}) p(\boldsymbol{x})$,于是\begin{align*} F_H & = \sum_y e^{-y H(\boldsymbol{x})} (-y) p(y|\boldsymbol{x}) p(\boldsymbol{x}) = - e^{- H(\boldsymbol{x})} p(y=1|\boldsymbol{x}) p(\boldsymbol{x}) + e^{H(\boldsymbol{x})} p(y=-1|\boldsymbol{x}) p(\boldsymbol{x}) \\ F_H' & = 0 \end{align*}由Euler-Lagrange方程知该泛函的最优解应满足$e^{- H(\boldsymbol{x})} p(y=1|\boldsymbol{x}) p(\boldsymbol{x}) = e^{H(\boldsymbol{x})} p(y=-1|\boldsymbol{x}) p(\boldsymbol{x})$,即\begin{align*} H(\boldsymbol{x}) = \frac{1}{2} \ln \frac{p(y=1|\boldsymbol{x})}{p(y=-1|\boldsymbol{x})} \end{align*}于是\begin{align*} sign(H(\boldsymbol{x})) = \begin{cases} 1 & p(y=1|\boldsymbol{x}) > p(y=-1|\boldsymbol{x}) \\ -1 & p(y=1|\boldsymbol{x}) < p(y=-1|\boldsymbol{x}) \end{cases} \end{align*}这表明若$H(\boldsymbol{x})$是指数损失的最优解,则取最终分类器为$sign(H(\boldsymbol{x}))$可达到Bayes最优错误率,故取指数损失作为优化目标是合理的。
二、AdaBoost的算法原理
设前$t-1$轮的分类器组合为$H_{t-1}$,那么第$t$轮有\begin{align*} E = \sum_{i=1}^m e^{- y_i H_t (\boldsymbol{x}_i)} = \sum_{i=1}^m e^{- y_i H_{t-1}(\boldsymbol{x}_i) - y_i \alpha_t h_t(\boldsymbol{x}_i)} = \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) e^{- y_i \alpha_t h_t(\boldsymbol{x}_i)} \end{align*}其中$\mathcal{D}_{t-1}(i) = e^{- y_i H_{t-1}(\boldsymbol{x}_i)}$可看作第$t$轮样本$(\boldsymbol{x}_i, y_i)$的权重,进一步化简有\begin{align*} E & = e^{- \alpha_t} \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i = h_t(\boldsymbol{x}_i)} + e^{\alpha_t} \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h_t(\boldsymbol{x}_i)} \\ & = e^{- \alpha_t} \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) - e^{- \alpha_t} \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h_t(\boldsymbol{x}_i)} + e^{\alpha_t} \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h_t(\boldsymbol{x}_i)} \\ & = (e^{\alpha_t} - e^{- \alpha_t}) \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h_t(\boldsymbol{x}_i)} + e^{- \alpha_t} \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) \end{align*}注意此时$E$是关于$\alpha_t$和$h_t$的函数,其中第二项与$h_t$无关,故\begin{align*} h_t = \mathop{argmin}_{h} \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h(\boldsymbol{x}_i)} \end{align*}即第$t$轮选取的基分类器应该最小化加权错误率。此外易知有\begin{align*} \frac{\partial E}{\partial \alpha_t} = (e^{\alpha_t} + e^{- \alpha_t}) \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h_t(\boldsymbol{x}_i)} - e^{- \alpha_t} \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) \end{align*}令其为零可得\begin{align*} e^{2 \alpha_t} = \frac{\sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i)}{\sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h_t(\boldsymbol{x}_i)}} - 1 = \frac{1 - \sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h_t(\boldsymbol{x}_i)}/\sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i)}{\sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h_t(\boldsymbol{x}_i)}/\sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i)} \Longrightarrow \alpha_t = \frac{1}{2} \ln \frac{1 - \epsilon_t}{\epsilon_t} \end{align*}其中\begin{align} \label{eq: epsilon} \epsilon_t = \frac{\sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i) I_{y_i \neq h_t(\boldsymbol{x}_i)}}{\sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t-1}(i)} \end{align}
有了$\alpha_t$和$h_t$就可以计算下一轮所有样本的权重\begin{align*} \mathcal{D}_{t}(i) = e^{- y_i H_t(\boldsymbol{x}_i)} = \mathcal{D}_{t-1}(i) e^{- y_i \alpha_t h_t(\boldsymbol{x}_i)} \end{align*}注意将权重进行线性拉升不会影响$\epsilon_t$的值,故令\begin{align*} \mathcal{D}'_{t}(i) = \frac{\mathcal{D}_{t}(i)}{\sum_{i=1}^m \mathcal{D}_{t}(i)} \end{align*}即每轮结束后将权重归一化为一个概率分布,这样(\ref{eq: epsilon})式中的分母为1,$\epsilon_t$就是加权错误率。
算法如下图所示:
AdaBoost算法简介的更多相关文章
- SIGAI机器学习第二十集 AdaBoost算法1
讲授Boosting算法的原理,AdaBoost算法的基本概念,训练算法,与随机森林的比较,训练误差分析,广义加法模型,指数损失函数,训练算法的推导,弱分类器的选择,样本权重削减,实际应用 AdaBo ...
- AdaBoost算法原理简介
AdaBoost算法原理 AdaBoost算法针对不同的训练集训练同一个基本分类器(弱分类器),然后把这些在不同训练集上得到的分类器集合起来,构成一个更强的最终的分类器(强分类器).理论证明,只要每个 ...
- 机器学习--boosting家族之Adaboost算法
最近在系统研究集成学习,到Adaboost算法这块,一直不能理解,直到看到一篇博文,才有种豁然开朗的感觉,真的讲得特别好,原文地址是(http://blog.csdn.net/guyuealian/a ...
- Gradient Boosting算法简介
最近项目中涉及基于Gradient Boosting Regression 算法拟合时间序列曲线的内容,利用python机器学习包 scikit-learn 中的GradientBoostingReg ...
- SIGAI机器学习第二十二集 AdaBoost算法3
讲授Boosting算法的原理,AdaBoost算法的基本概念,训练算法,与随机森林的比较,训练误差分析,广义加法模型,指数损失函数,训练算法的推导,弱分类器的选择,样本权重削减,实际应用. AdaB ...
- AdaBoost 算法-分析波士顿房价数据集
公号:码农充电站pro 主页:https://codeshellme.github.io 在机器学习算法中,有一种算法叫做集成算法,AdaBoost 算法是集成算法的一种.我们先来看下什么是集成算法. ...
- 集成学习之Adaboost算法原理小结
在集成学习原理小结中,我们讲到了集成学习按照个体学习器之间是否存在依赖关系可以分为两类,第一个是个体学习器之间存在强依赖关系,另一类是个体学习器之间不存在强依赖关系.前者的代表算法就是是boostin ...
- Adaboost 算法
一 Boosting 算法的起源 boost 算法系列的起源来自于PAC Learnability(PAC 可学习性).这套理论主要研究的是什么时候一个问题是可被学习的,当然也会探讨针对可学习的问题的 ...
- Adaboost 算法的原理与推导
0 引言 一直想写Adaboost来着,但迟迟未能动笔.其算法思想虽然简单“听取多人意见,最后综合决策”,但一般书上对其算法的流程描述实在是过于晦涩.昨日11月1日下午,邹博在我组织的机器学习班第8次 ...
随机推荐
- iOS学习笔记(5)— UITextField
UITextField详解 一.基本属性 1.创建文本输入框 UITextField*textField=[[UITextField alloc]initWithFrame:CGRectMake(10 ...
- webstorm下搭建编译less环境
webstorm自带less,不过要编译的话需要nodejs环境. 首先去node的主页下载对应版本的nodejs然后安装,下载地址:http://nodejs.org/ 安装完之后打开命令提示符(w ...
- A configuration with this name already exists
进入eclipse的workspace下的目录workspace\.metadata\.plugins\org.eclipse.debug.core\.launches,如实际目录为: D:\work ...
- Bridge(桥接)-对象结构型模式
1.意图 将抽象部分与它的实现部分分离,使它们都可以独立地变化. 2.动机 在抽象类与它的实现之间起到桥梁作用,使它们可以独立地变化. 3.适用性 不希望在抽象和它的实现部分之间有一个固定的绑定关系. ...
- Arduino 报错总结
Arduino出现avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00 )首先检查是否选择了合适的板子,选错主板型号也会造成上述错误 )重新安装驱动,换个 ...
- UVA315 (无向图求割点)
题目大意:给定一个无向图,问共存在多少个割点.(割点:去掉此点后此图会断开连接)割点有两种存在:一种是第一次搜索的根节点,若其子节点数超过两个,则此点去掉后图会 断开连接,因此此点为割点:或者此点为搜 ...
- Linux内核同步机制--转发自蜗窝科技
Linux内核同步机制之(一):原子操作 http://www.wowotech.net/linux_kenrel/atomic.html 一.源由 我们的程序逻辑经常遇到这样的操作序列: 1.读一个 ...
- JS原生方法实现瀑布流布局
html部分(图片都是本地,自己需要改动图片) p.p1 { margin: 0.0px 0.0px 0.0px 0.0px; font: 30.0px Consolas; color: #2b7ec ...
- Spring MVC学习初篇
Spring mvc 使用配置: <!-- 使用MVC --> <servlet> <servlet-name>defaultDispatcher</serv ...
- Event --mysql的scheduler.md
事件调度器event 相当于oracle scheduler CREATE [DEFINER = { user | CURRENT_USER }] EVENT [IF NOT EXISTS] even ...