本文的目的，是務(wù)實(shí)、簡(jiǎn)潔地盤(pán)點(diǎn)一番當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)算法。文中內(nèi)容結(jié)合了個(gè)人在查閱資料過(guò)程中收集到的前人總結(jié)，同時(shí)添加了部分自身總結(jié)，在這里，依據(jù)實(shí)際使用中的經(jīng)驗(yàn)，將對(duì)此類(lèi)模型優(yōu)缺點(diǎn)及選擇詳加討論

主要回顧下幾個(gè)常用算法的適應(yīng)場(chǎng)景及其優(yōu)缺點(diǎn)！

機(jī)器學(xué)習(xí)算法太多了，分類(lèi)、回歸、聚類(lèi)、推薦、圖像識(shí)別領(lǐng)域等等，要想找到一個(gè)合適算法真的不容易，所以在實(shí)際應(yīng)用中，我們一般都是采用啟發(fā)式學(xué)習(xí)方式來(lái)實(shí)驗(yàn)。通常最開(kāi)始我們都會(huì)選擇大家普遍認(rèn)同的算法，諸如SVM，GBDT，Adaboost，現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)很火熱，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

假如你在乎精度（accuracy）的話，最好的方法就是通過(guò)交叉驗(yàn)證（cross-validation）對(duì)各個(gè)算法一個(gè)個(gè)地進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行比較，然后調(diào)整參數(shù)確保每個(gè)算法達(dá)到最優(yōu)解，最后選擇最好的一個(gè)。但是如果你只是在尋找一個(gè)“足夠好”的算法來(lái)解決你的問(wèn)題，或者這里有些技巧可以參考，下面來(lái)分析下各個(gè)算法的優(yōu)缺點(diǎn)，基于算法的優(yōu)缺點(diǎn)，更易于我們?nèi)ミx擇它。

1.天下沒(méi)有免費(fèi)的午餐

在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，一個(gè)基本的定理就是“沒(méi)有免費(fèi)的午餐”。換言之，就是沒(méi)有算法能完美地解決所有問(wèn)題，尤其是對(duì)監(jiān)督學(xué)習(xí)而言（例如預(yù)測(cè)建模）。

舉例來(lái)說(shuō)，你不能去說(shuō)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)任何情況下都能比決策樹(shù)更有優(yōu)勢(shì)，反之亦然。它們要受很多因素的影響，比如你的數(shù)據(jù)集的規(guī)模或結(jié)構(gòu)。

其結(jié)果是，在用給定的測(cè)試集來(lái)評(píng)估性能并挑選算法時(shí)，你應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的問(wèn)題來(lái)采用不同的算法。

當(dāng)然，所選的算法必須要適用于你自己的問(wèn)題，這就要求選擇正確的機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。作為類(lèi)比，如果你需要打掃房子，你可能會(huì)用到吸塵器、掃帚或是拖把，但你絕對(duì)不該掏出鏟子來(lái)挖地。

2. 偏差&方差

在統(tǒng)計(jì)學(xué)中，一個(gè)模型好壞，是根據(jù)偏差和方差來(lái)衡量的，所以我們先來(lái)普及一下偏差(bias)和方差(variance)：

1.偏差：描述的是預(yù)測(cè)值（估計(jì)值）的期望E’與真實(shí)值Y之間的差距。偏差越大，越偏離真實(shí)數(shù)據(jù)。

2.方差：描述的是預(yù)測(cè)值P的變化范圍，離散程度，是預(yù)測(cè)值的方差，也就是離其期望值E的距離。方差越大，數(shù)據(jù)的分布越分散。

模型的真實(shí)誤差是兩者之和，如公式：

通常情況下，如果是小訓(xùn)練集，高偏差/低方差的分類(lèi)器（例如，樸素貝葉斯NB）要比低偏差/高方差大分類(lèi)的優(yōu)勢(shì)大（例如，KNN），因?yàn)楹笳邥?huì)發(fā)生過(guò)擬合（overfiting）。然而，隨著你訓(xùn)練集的增長(zhǎng)，模型對(duì)于原數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)能力就越好，偏差就會(huì)降低，此時(shí)低偏差/高方差的分類(lèi)器就會(huì)漸漸的表現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)（因?yàn)樗鼈冇休^低的漸近誤差），而高偏差分類(lèi)器這時(shí)已經(jīng)不足以提供準(zhǔn)確的模型了。

為什么說(shuō)樸素貝葉斯是高偏差低方差?

首先，假設(shè)你知道訓(xùn)練集和測(cè)試集的關(guān)系。簡(jiǎn)單來(lái)講是我們要在訓(xùn)練集上學(xué)習(xí)一個(gè)模型，然后拿到測(cè)試集去用，效果好不好要根據(jù)測(cè)試集的錯(cuò)誤率來(lái)衡量。但很多時(shí)候，我們只能假設(shè)測(cè)試集和訓(xùn)練集的是符合同一個(gè)數(shù)據(jù)分布的，但卻拿不到真正的測(cè)試數(shù)據(jù)。這時(shí)候怎么在只看到訓(xùn)練錯(cuò)誤率的情況下，去衡量測(cè)試錯(cuò)誤率呢？

由于訓(xùn)練樣本很少（至少不足夠多），所以通過(guò)訓(xùn)練集得到的模型，總不是真正正確的。（就算在訓(xùn)練集上正確率100%，也不能說(shuō)明它刻畫(huà)了真實(shí)的數(shù)據(jù)分布，要知道刻畫(huà)真實(shí)的數(shù)據(jù)分布才是我們的目的，而不是只刻畫(huà)訓(xùn)練集的有限的數(shù)據(jù)點(diǎn)）。

而且，實(shí)際中，訓(xùn)練樣本往往還有一定的噪音誤差，所以如果太追求在訓(xùn)練集上的完美而采用一個(gè)很復(fù)雜的模型，會(huì)使得模型把訓(xùn)練集里面的誤差都當(dāng)成了真實(shí)的數(shù)據(jù)分布特征，從而得到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)分布估計(jì)。這樣的話，到了真正的測(cè)試集上就錯(cuò)的一塌糊涂了（這種現(xiàn)象叫過(guò)擬合）。但是也不能用太簡(jiǎn)單的模型，否則在數(shù)據(jù)分布比較復(fù)雜的時(shí)候，模型就不足以刻畫(huà)數(shù)據(jù)分布了（體現(xiàn)為連在訓(xùn)練集上的錯(cuò)誤率都很高，這種現(xiàn)象較欠擬合）。過(guò)擬合表明采用的模型比真實(shí)的數(shù)據(jù)分布更復(fù)雜，而欠擬合表示采用的模型比真實(shí)的數(shù)據(jù)分布要簡(jiǎn)單。

在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)框架下，大家刻畫(huà)模型復(fù)雜度的時(shí)候，有這么個(gè)觀點(diǎn)，認(rèn)為Error = Bias + Variance。這里的Error大概可以理解為模型的預(yù)測(cè)錯(cuò)誤率，是有兩部分組成的，一部分是由于模型太簡(jiǎn)單而帶來(lái)的估計(jì)不準(zhǔn)確的部分（Bias），另一部分是由于模型太復(fù)雜而帶來(lái)的更大的變化空間和不確定性（Variance）。

所以，這樣就容易分析樸素貝葉斯了。它簡(jiǎn)單的假設(shè)了各個(gè)數(shù)據(jù)之間是無(wú)關(guān)的，是一個(gè)被嚴(yán)重簡(jiǎn)化了的模型。所以，對(duì)于這樣一個(gè)簡(jiǎn)單模型，大部分場(chǎng)合都會(huì)Bias部分大于Variance部分，也就是說(shuō)高偏差而低方差。

在實(shí)際中，為了讓Error盡量小，我們?cè)谶x擇模型的時(shí)候需要平衡Bias和Variance所占的比例，也就是平衡over-fitting和under-fitting。

當(dāng)模型復(fù)雜度上升的時(shí)候，偏差會(huì)逐漸變小，而方差會(huì)逐漸變大。

3. 常見(jiàn)算法優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 樸素貝葉斯

樸素貝葉斯屬于生成式模型（關(guān)于生成模型和判別式模型，主要還是在于是否需要求聯(lián)合分布），比較簡(jiǎn)單，你只需做一堆計(jì)數(shù)即可。如果注有條件獨(dú)立性假設(shè)（一個(gè)比較嚴(yán)格的條件），樸素貝葉斯分類(lèi)器的收斂速度將快于判別模型，比如邏輯回歸，所以你只需要較少的訓(xùn)練數(shù)據(jù)即可。即使NB條件獨(dú)立假設(shè)不成立，NB分類(lèi)器在實(shí)踐中仍然表現(xiàn)的很出色。它的主要缺點(diǎn)是它不能學(xué)習(xí)特征間的相互作用，用mRMR中R來(lái)講，就是特征冗余。引用一個(gè)比較經(jīng)典的例子，比如，雖然你喜歡Brad Pitt和Tom Cruise的電影，但是它不能學(xué)習(xí)出你不喜歡他們?cè)谝黄鹧莸碾娪啊?/p>

優(yōu)點(diǎn)：

1. 樸素貝葉斯模型發(fā)源于古典數(shù)學(xué)理論，有著堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，以及穩(wěn)定的分類(lèi)效率；

2. 對(duì)大數(shù)量訓(xùn)練和查詢時(shí)具有較高的速度。即使使用超大規(guī)模的訓(xùn)練集，針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目通常也只會(huì)有相對(duì)較少的特征數(shù)，并且對(duì)項(xiàng)目的訓(xùn)練和分類(lèi)也僅僅是特征概率的數(shù)學(xué)運(yùn)算而已；

3. 對(duì)小規(guī)模的數(shù)據(jù)表現(xiàn)很好，能個(gè)處理多分類(lèi)任務(wù)，適合增量式訓(xùn)練（即可以實(shí)時(shí)的對(duì)新增的樣本進(jìn)行訓(xùn)練）；

4. 對(duì)缺失數(shù)據(jù)不太敏感，算法也比較簡(jiǎn)單，常用于文本分類(lèi)；

5. 樸素貝葉斯對(duì)結(jié)果解釋容易理解。

缺點(diǎn)：

1. 需要計(jì)算先驗(yàn)概率；

2. 分類(lèi)決策存在錯(cuò)誤率；

3. 對(duì)輸入數(shù)據(jù)的表達(dá)形式很敏感；

4. 由于使用了樣本屬性獨(dú)立性的假設(shè)，所以如果樣本屬性有關(guān)聯(lián)時(shí)其效果不好。

樸素貝葉斯應(yīng)用領(lǐng)域

1. 欺詐檢測(cè)中使用較多；

2. 一封電子郵件是否是垃圾郵件；

3. 一篇文章應(yīng)該分到科技、政治，還是體育類(lèi)；

4. 一段文字表達(dá)的是積極的情緒還是消極的情緒；

5. 人臉識(shí)別。

3.2 Logistic Regression（邏輯回歸）

邏輯回歸屬于判別式模型，同時(shí)伴有很多模型正則化的方法（L0， L1，L2，etc），而且你不必像在用樸素貝葉斯那樣擔(dān)心你的特征是否相關(guān)。與決策樹(shù)、SVM相比，你還會(huì)得到一個(gè)不錯(cuò)的概率解釋?zhuān)闵踔量梢暂p松地利用新數(shù)據(jù)來(lái)更新模型（使用在線梯度下降算法-online gradient descent）。如果你需要一個(gè)概率架構(gòu)（比如，簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)分類(lèi)閾值，指明不確定性，或者是要獲得置信區(qū)間），或者你希望以后將更多的訓(xùn)練數(shù)據(jù)快速整合到模型中去，那么使用它吧。

Sigmoid函數(shù)：表達(dá)式如下:

優(yōu)點(diǎn)：

1. 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)問(wèn)題上；

2. 分類(lèi)時(shí)計(jì)算量非常小，速度很快，存儲(chǔ)資源低；

3. 便利的觀測(cè)樣本概率分?jǐn)?shù)；

4. 對(duì)邏輯回歸而言，多重共線性并不是問(wèn)題，它可以結(jié)合L2正則化來(lái)解決該問(wèn)題；

5. 計(jì)算代價(jià)不高，易于理解和實(shí)現(xiàn)。

缺點(diǎn)：

1. 當(dāng)特征空間很大時(shí)，邏輯回歸的性能不是很好；

2. 容易欠擬合，一般準(zhǔn)確度不太高；

3. 不能很好地處理大量多類(lèi)特征或變量；

4. 只能處理兩分類(lèi)問(wèn)題（在此基礎(chǔ)上衍生出來(lái)的softmax可以用于多分類(lèi)），且必須線性可分；

5. 對(duì)于非線性特征，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

logistic回歸應(yīng)用領(lǐng)域：

1. 用于二分類(lèi)領(lǐng)域，可以得出概率值，適用于根據(jù)分類(lèi)概率排名的領(lǐng)域，如搜索排名等；

2. Logistic回歸的擴(kuò)展softmax可以應(yīng)用于多分類(lèi)領(lǐng)域，如手寫(xiě)字識(shí)別等；

3. 信用評(píng)估；

4. 測(cè)量市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)的成功度；

5. 預(yù)測(cè)某個(gè)產(chǎn)品的收益；

6. 特定的某天是否會(huì)發(fā)生地震。

3.3 線性回歸

線性回歸是用于回歸的，它不像Logistic回歸那樣用于分類(lèi)，其基本思想是用梯度下降法對(duì)最小二乘法形式的誤差函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)然也可以用normal equation直接求得參數(shù)的解，結(jié)果為：

而在LWLR（局部加權(quán)線性回歸）中，參數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為:

由此可見(jiàn)LWLR與LR不同，LWLR是一個(gè)非參數(shù)模型，因?yàn)槊看芜M(jìn)行回歸計(jì)算都要遍歷訓(xùn)練樣本至少一次。

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，計(jì)算簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：不能擬合非線性數(shù)據(jù)。

3.4 最近鄰算法——KNN

KNN即最近鄰算法，其主要過(guò)程為：

1. 計(jì)算訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本中每個(gè)樣本點(diǎn)的距離（常見(jiàn)的距離度量有歐式距離，馬氏距離等）；

2. 對(duì)上面所有的距離值進(jìn)行排序(升序)；

3. 選前k個(gè)最小距離的樣本；

4. 根據(jù)這k個(gè)樣本的標(biāo)簽進(jìn)行投票，得到最后的分類(lèi)類(lèi)別。

如何選擇一個(gè)最佳的K值，這取決于數(shù)據(jù)。一般情況下，在分類(lèi)時(shí)較大的K值能夠減小噪聲的影響，但會(huì)使類(lèi)別之間的界限變得模糊。一個(gè)較好的K值可通過(guò)各種啟發(fā)式技術(shù)來(lái)獲取，比如，交叉驗(yàn)證。另外噪聲和非相關(guān)性特征向量的存在會(huì)使K近鄰算法的準(zhǔn)確性減小。近鄰算法具有較強(qiáng)的一致性結(jié)果，隨著數(shù)據(jù)趨于無(wú)限，算法保證錯(cuò)誤率不會(huì)超過(guò)貝葉斯算法錯(cuò)誤率的兩倍。對(duì)于一些好的K值，K近鄰保證錯(cuò)誤率不會(huì)超過(guò)貝葉斯理論誤差率。

KNN算法的優(yōu)點(diǎn)

1. 理論成熟，思想簡(jiǎn)單，既可以用來(lái)做分類(lèi)也可以用來(lái)做回歸；

2. 可用于非線性分類(lèi)；

3. 訓(xùn)練時(shí)間復(fù)雜度為O(n)；

4. 對(duì)數(shù)據(jù)沒(méi)有假設(shè)，準(zhǔn)確度高，對(duì)outlier不敏感；

5. KNN是一種在線技術(shù)，新數(shù)據(jù)可以直接加入數(shù)據(jù)集而不必進(jìn)行重新訓(xùn)練；

6. KNN理論簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。

缺點(diǎn)

1. 樣本不平衡問(wèn)題（即有些類(lèi)別的樣本數(shù)量很多，而其它樣本的數(shù)量很少）效果差；

2. 需要大量?jī)?nèi)存；

3. 對(duì)于樣本容量大的數(shù)據(jù)集計(jì)算量比較大（體現(xiàn)在距離計(jì)算上）；

4. 樣本不平衡時(shí)，預(yù)測(cè)偏差比較大。如：某一類(lèi)的樣本比較少，而其它類(lèi)樣本比較多；

5. KNN每一次分類(lèi)都會(huì)重新進(jìn)行一次全局運(yùn)算；

6. k值大小的選擇沒(méi)有理論選擇最優(yōu)，往往是結(jié)合K-折交叉驗(yàn)證得到最優(yōu)k值選擇。

KNN算法應(yīng)用領(lǐng)域

文本分類(lèi)、模式識(shí)別、聚類(lèi)分析，多分類(lèi)領(lǐng)域

3.5 決策樹(shù)

決策樹(shù)的一大優(yōu)勢(shì)就是易于解釋。它可以毫無(wú)壓力地處理特征間的交互關(guān)系并且是非參數(shù)化的，因此你不必?fù)?dān)心異常值或者數(shù)據(jù)是否線性可分（舉個(gè)例子，決策樹(shù)能輕松處理好類(lèi)別A在某個(gè)特征維度x的末端，類(lèi)別B在中間，然后類(lèi)別A又出現(xiàn)在特征維度x前端的情況）。它的缺點(diǎn)之一就是不支持在線學(xué)習(xí)，于是在新樣本到來(lái)后，決策樹(shù)需要全部重建。另一個(gè)缺點(diǎn)就是容易出現(xiàn)過(guò)擬合，但這也就是諸如隨機(jī)森林RF（或提升樹(shù)boosted tree）之類(lèi)的集成方法的切入點(diǎn)。另外，隨機(jī)森林經(jīng)常是很多分類(lèi)問(wèn)題的贏家（通常比支持向量機(jī)好上那么一丁點(diǎn)），它訓(xùn)練快速并且可調(diào)，同時(shí)你無(wú)須擔(dān)心要像支持向量機(jī)那樣調(diào)一大堆參數(shù)，所以在以前都一直很受歡迎。

決策樹(shù)中很重要的一點(diǎn)就是選擇一個(gè)屬性進(jìn)行分枝，因此要注意一下信息增益的計(jì)算公式，并深入理解它。

信息熵的計(jì)算公式如下:

其中的n代表有n個(gè)分類(lèi)類(lèi)別（比如假設(shè)是二類(lèi)問(wèn)題，那么n=2）。分別計(jì)算這2類(lèi)樣本在總樣本中出現(xiàn)的概率

和

，這樣就可以計(jì)算出未選中屬性分枝前的信息熵。

現(xiàn)在選中一個(gè)屬性

用來(lái)進(jìn)行分枝，此時(shí)分枝規(guī)則是：如果

的話，將樣本分到樹(shù)的一個(gè)分支；如果不相等則進(jìn)入另一個(gè)分支。很顯然，分支中的樣本很有可能包括2個(gè)類(lèi)別，分別計(jì)算這2個(gè)分支的熵

和

,計(jì)算出分枝后的總信息熵

，則此時(shí)的信息增益

。以信息增益為原則，把所有的屬性都測(cè)試一邊，選擇一個(gè)使增益最大的屬性作為本次分枝屬性。

決策樹(shù)自身的優(yōu)點(diǎn)

1. 決策樹(shù)易于理解和解釋?zhuān)梢钥梢暬治觯菀滋崛〕鲆?guī)則；

2. 可以同時(shí)處理標(biāo)稱(chēng)型和數(shù)值型數(shù)據(jù)；

3. 比較適合處理有缺失屬性的樣本；

4. 能夠處理不相關(guān)的特征；

5. 測(cè)試數(shù)據(jù)集時(shí)，運(yùn)行速度比較快；

6. 在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)能夠?qū)Υ笮蛿?shù)據(jù)源做出可行且效果良好的結(jié)果。

缺點(diǎn)

1. 容易發(fā)生過(guò)擬合（隨機(jī)森林可以很大程度上減少過(guò)擬合）；

2. 容易忽略數(shù)據(jù)集中屬性的相互關(guān)聯(lián)；

3. 對(duì)于那些各類(lèi)別樣本數(shù)量不一致的數(shù)據(jù)，在決策樹(shù)中，進(jìn)行屬性劃分時(shí)，不同的判定準(zhǔn)則會(huì)帶來(lái)不同的屬性選擇傾向；信息增益準(zhǔn)則對(duì)可取數(shù)目較多的屬性有所偏好（典型代表ID3算法），而增益率準(zhǔn)則（CART）則對(duì)可取數(shù)目較少的屬性有所偏好，但CART進(jìn)行屬性劃分時(shí)候不再簡(jiǎn)單地直接利用增益率盡心劃分，而是采用一種啟發(fā)式規(guī)則）（只要是使用了信息增益，都有這個(gè)缺點(diǎn)，如RF）。

4. ID3算法計(jì)算信息增益時(shí)結(jié)果偏向數(shù)值比較多的特征。

改進(jìn)措施

1. 對(duì)決策樹(shù)進(jìn)行剪枝。可以采用交叉驗(yàn)證法和加入正則化的方法；

2. 使用基于決策樹(shù)的combination算法，如bagging算法，randomforest算法，可以解決過(guò)擬合的問(wèn)題。

應(yīng)用領(lǐng)域

企業(yè)管理實(shí)踐，企業(yè)投資決策，由于決策樹(shù)很好的分析能力，在決策過(guò)程應(yīng)用較多。

3.5.1 ID3、C4.5算法

ID3算法是以信息論為基礎(chǔ)，以信息熵和信息增益度為衡量標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的歸納分類(lèi)。ID3算法計(jì)算每個(gè)屬性的信息增益，并選取具有最高增益的屬性作為給定的測(cè)試屬性。C4.5算法核心思想是ID3算法，是ID3算法的改進(jìn)，改進(jìn)方面有：- 用信息增益率來(lái)選擇屬性，克服了用信息增益選擇屬性時(shí)偏向選擇取值多的屬性的不足；- 在樹(shù)構(gòu)造過(guò)程中進(jìn)行剪枝；- 能處理非離散的數(shù)據(jù)；- 能處理不完整的數(shù)據(jù)。

優(yōu)點(diǎn)

產(chǎn)生的分類(lèi)規(guī)則易于理解，準(zhǔn)確率較高。

缺點(diǎn)

1. 在構(gòu)造樹(shù)的過(guò)程中，需要對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行多次的順序掃描和排序，因而導(dǎo)致算法的低效；

2. C4.5只適合于能夠駐留于內(nèi)存的數(shù)據(jù)集，當(dāng)訓(xùn)練集大得無(wú)法在內(nèi)存容納時(shí)程序無(wú)法運(yùn)行。

3.5.2 CART分類(lèi)與回歸樹(shù)

是一種決策樹(shù)分類(lèi)方法，采用基于最小距離的基尼指數(shù)估計(jì)函數(shù)，用來(lái)決定由該子數(shù)據(jù)集生成的決策樹(shù)的拓展形。如果目標(biāo)變量是標(biāo)稱(chēng)的，稱(chēng)為分類(lèi)樹(shù)；如果目標(biāo)變量是連續(xù)的，稱(chēng)為回歸樹(shù)。分類(lèi)樹(shù)是使用樹(shù)結(jié)構(gòu)算法將數(shù)據(jù)分成離散類(lèi)的方法。

優(yōu)點(diǎn)

1. 非常靈活，可以允許有部分錯(cuò)分成本，還可指定先驗(yàn)概率分布，可使用自動(dòng)的成本復(fù)雜性剪枝來(lái)得到歸納性更強(qiáng)的樹(shù)；

2. 在面對(duì)諸如存在缺失值、變量數(shù)多等問(wèn)題時(shí)CART 顯得非常穩(wěn)健。

3.6 Adaboosting

Adaboost是一種加和模型，每個(gè)模型都是基于上一次模型的錯(cuò)誤率來(lái)建立的，過(guò)分關(guān)注分錯(cuò)的樣本，而對(duì)正確分類(lèi)的樣本減少關(guān)注度，逐次迭代之后，可以得到一個(gè)相對(duì)較好的模型。該算法是一種典型的boosting算法，其加和理論的優(yōu)勢(shì)可以使用Hoeffding不等式得以解釋。

優(yōu)點(diǎn)

1. Adaboost是一種有很高精度的分類(lèi)器；

2. 可以使用各種方法構(gòu)建子分類(lèi)器，Adaboost算法提供的是框架；

3. 當(dāng)使用簡(jiǎn)單分類(lèi)器時(shí)，計(jì)算出的結(jié)果是可以理解的，并且弱分類(lèi)器的構(gòu)造極其簡(jiǎn)單；

4. 簡(jiǎn)單，不用做特征篩選；

5. 不易發(fā)生overfitting。

缺點(diǎn)

對(duì)outlier比較敏感。

3.7 SVM支持向量機(jī)

支持向量機(jī)，一個(gè)經(jīng)久不衰的算法，高準(zhǔn)確率，為避免過(guò)擬合提供了很好的理論保證，而且就算數(shù)據(jù)在原特征空間線性不可分，只要給個(gè)合適的核函數(shù)，它就能運(yùn)行得很好。在動(dòng)輒超高維的文本分類(lèi)問(wèn)題中特別受歡迎。可惜內(nèi)存消耗大，難以解釋?zhuān)\(yùn)行和調(diào)參也有些煩人，而隨機(jī)森林卻剛好避開(kāi)了這些缺點(diǎn)，比較實(shí)用。

優(yōu)點(diǎn)

1. 可以解決高維問(wèn)題，即大型特征空間；

2. 解決小樣本下機(jī)器學(xué)習(xí)問(wèn)題；

3. 能夠處理非線性特征的相互作用；

4. 無(wú)局部極小值問(wèn)題；（相對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法）

5. 無(wú)需依賴(lài)整個(gè)數(shù)據(jù)；

6. 泛化能力比較強(qiáng)。

缺點(diǎn)

1. 當(dāng)觀測(cè)樣本很多時(shí)，效率并不是很高；

2. 對(duì)非線性問(wèn)題沒(méi)有通用解決方案，有時(shí)候很難找到一個(gè)合適的核函數(shù)；

3. 對(duì)于核函數(shù)的高維映射解釋力不強(qiáng)，尤其是徑向基函數(shù)；

4. 常規(guī)SVM只支持二分類(lèi)；

5. 對(duì)缺失數(shù)據(jù)敏感。

對(duì)于核的選擇也是有技巧的（libsvm中自帶了四種核函數(shù)：線性核、多項(xiàng)式核、RBF以及sigmoid核）：

第一，如果樣本數(shù)量小于特征數(shù)，那么就沒(méi)必要選擇非線性核，簡(jiǎn)單的使用線性核就可以了；

第二，如果樣本數(shù)量大于特征數(shù)目，這時(shí)可以使用非線性核，將樣本映射到更高維度，一般可以得到更好的結(jié)果；

第三，如果樣本數(shù)目和特征數(shù)目相等，該情況可以使用非線性核，原理和第二種一樣。

對(duì)于第一種情況，也可以先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，然后使用非線性核，這也是一種方法。

SVM應(yīng)用領(lǐng)域

文本分類(lèi)、圖像識(shí)別（主要二分類(lèi)領(lǐng)域，畢竟常規(guī)SVM只能解決二分類(lèi)問(wèn)題）

3.8 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)：

1. 分類(lèi)的準(zhǔn)確度高；

2. 并行分布處理能力強(qiáng),分布存儲(chǔ)及學(xué)習(xí)能力強(qiáng)；

3. 對(duì)噪聲神經(jīng)有較強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)能力；

4. 具備聯(lián)想記憶的功能，能充分逼近復(fù)雜的非線性關(guān)系。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)：

1. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要大量的參數(shù)，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、權(quán)值和閾值的初始值；

2. 黑盒過(guò)程，不能觀察之間的學(xué)習(xí)過(guò)程，輸出結(jié)果難以解釋?zhuān)瑫?huì)影響到結(jié)果的可信度和可接受程度；

3. 學(xué)習(xí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有可能陷入局部極小值，甚至可能達(dá)不到學(xué)習(xí)的目的。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域：

目前深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)應(yīng)用與計(jì)算機(jī)視覺(jué)，自然語(yǔ)言處理，語(yǔ)音識(shí)別等領(lǐng)域并取得很好的效果。

3.9 K-Means聚類(lèi)

是一個(gè)簡(jiǎn)單的聚類(lèi)算法，把n的對(duì)象根據(jù)他們的屬性分為k個(gè)分割，k< n。算法的核心就是要優(yōu)化失真函數(shù)J,使其收斂到局部最小值但不是全局最小值。

關(guān)于K-Means聚類(lèi)的文章，參見(jiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)算法-K-means聚類(lèi)。關(guān)于K-Means的推導(dǎo)，里面可是有大學(xué)問(wèn)的，蘊(yùn)含著強(qiáng)大的EM思想。

優(yōu)點(diǎn)

1. 算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn) ；

2. 算法速度很快；

3. 對(duì)處理大數(shù)據(jù)集，該算法是相對(duì)可伸縮的和高效率的，因?yàn)樗膹?fù)雜度大約是O(nkt)，其中n是所有對(duì)象的數(shù)目，k是簇的數(shù)目,t是迭代的次數(shù)。通常k<

4. 算法嘗試找出使平方誤差函數(shù)值最小的k個(gè)劃分。當(dāng)簇是密集的、球狀或團(tuán)狀的，且簇與簇之間區(qū)別明顯時(shí)，聚類(lèi)效果較好。

缺點(diǎn)

1. 對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型要求較高，適合數(shù)值型數(shù)據(jù)；

2. 可能收斂到局部最小值，在大規(guī)模數(shù)據(jù)上收斂較慢；

3. 分組的數(shù)目k是一個(gè)輸入?yún)?shù)，不合適的k可能返回較差的結(jié)果；

4. 對(duì)初值的簇心值敏感，對(duì)于不同的初始值，可能會(huì)導(dǎo)致不同的聚類(lèi)結(jié)果；

5. 不適合于發(fā)現(xiàn)非凸面形狀的簇，或者大小差別很大的簇；

6. 對(duì)于”噪聲”和孤立點(diǎn)數(shù)據(jù)敏感，少量的該類(lèi)數(shù)據(jù)能夠?qū)ζ骄诞a(chǎn)生極大影響。

3.10 EM最大期望算法

EM算法是基于模型的聚類(lèi)方法，是在概率模型中尋找參數(shù)最大似然估計(jì)的算法，其中概率模型依賴(lài)于無(wú)法觀測(cè)的隱藏變量。E步估計(jì)隱含變量，M步估計(jì)其他參數(shù)，交替將極值推向最大。

EM算法比K-means算法計(jì)算復(fù)雜，收斂也較慢，不適于大規(guī)模數(shù)據(jù)集和高維數(shù)據(jù)，但比K-means算法計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確。EM經(jīng)常用在機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的數(shù)據(jù)集聚（Data Clustering）領(lǐng)域。

3.11 集成算法（AdaBoost算法）

AdaBoost算法優(yōu)點(diǎn)：

1. 很好的利用了弱分類(lèi)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)；

2. 可以將不同的分類(lèi)算法作為弱分類(lèi)器；

3. AdaBoost具有很高的精度；

4. 相對(duì)于bagging算法和Random Forest算法，AdaBoost充分考慮的每個(gè)分類(lèi)器的權(quán)重。

Adaboost算法缺點(diǎn)：

1. AdaBoost迭代次數(shù)也就是弱分類(lèi)器數(shù)目不太好設(shè)定，可以使用交叉驗(yàn)證來(lái)進(jìn)行確定；

2. 數(shù)據(jù)不平衡導(dǎo)致分類(lèi)精度下降；

3. 訓(xùn)練比較耗時(shí)，每次重新選擇當(dāng)前分類(lèi)器最好切分點(diǎn)。

AdaBoost應(yīng)用領(lǐng)域：

模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，用于二分類(lèi)和多分類(lèi)場(chǎng)景

3.12 排序算法（PageRank）

PageRank是google的頁(yè)面排序算法，是基于從許多優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)頁(yè)鏈接過(guò)來(lái)的網(wǎng)頁(yè)，必定還是優(yōu)質(zhì)網(wǎng)頁(yè)的回歸關(guān)系，來(lái)判定所有網(wǎng)頁(yè)的重要性。（也就是說(shuō)，一個(gè)人有著越多牛X朋友的人，他是牛X的概率就越大。）

PageRank優(yōu)點(diǎn)

完全獨(dú)立于查詢，只依賴(lài)于網(wǎng)頁(yè)鏈接結(jié)構(gòu)，可以離線計(jì)算。

PageRank缺點(diǎn)

1. PageRank算法忽略了網(wǎng)頁(yè)搜索的時(shí)效性；

2. 舊網(wǎng)頁(yè)排序很高，存在時(shí)間長(zhǎng)，積累了大量的in-links，擁有最新資訊的新網(wǎng)頁(yè)排名卻很低，因?yàn)樗鼈儙缀鯖](méi)有in-links。

3.13 關(guān)聯(lián)規(guī)則算法（Apriori算法）

Apriori算法是一種挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則的算法，用于挖掘其內(nèi)含的、未知的卻又實(shí)際存在的數(shù)據(jù)關(guān)系，其核心是基于兩階段頻集思想的遞推算法 。

Apriori算法分為兩個(gè)階段：

1. 尋找頻繁項(xiàng)集；

2. 由頻繁項(xiàng)集找關(guān)聯(lián)規(guī)則。

算法缺點(diǎn)：

1. 在每一步產(chǎn)生侯選項(xiàng)目集時(shí)循環(huán)產(chǎn)生的組合過(guò)多，沒(méi)有排除不應(yīng)該參與組合的元素；

2. 每次計(jì)算項(xiàng)集的支持度時(shí)，都對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中 的全部記錄進(jìn)行了一遍掃描比較，需要很大的I/O負(fù)載。

4. 算法選擇參考

之前筆者翻譯過(guò)一些國(guó)外的文章，其中有一篇文章中給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的算法選擇技巧：

1. 首當(dāng)其沖應(yīng)該選擇的就是邏輯回歸，如果它的效果不怎么樣，那么可以將它的結(jié)果作為基準(zhǔn)來(lái)參考，在基礎(chǔ)上與其他算法進(jìn)行比較；

2. 然后試試決策樹(shù)（隨機(jī)森林）看看是否可以大幅度提升你的模型性能。即便最后你并沒(méi)有把它當(dāng)做為最終模型，你也可以使用隨機(jī)森林來(lái)移除噪聲變量，做特征選擇；

3. 如果特征的數(shù)量和觀測(cè)樣本特別多，那么當(dāng)資源和時(shí)間充足時(shí)（這個(gè)前提很重要），使用SVM不失為一種選擇。

通常情況下：【GBDT>=SVM>=RF>=Adaboost>=Other…】，現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)很熱門(mén)，很多領(lǐng)域都用到，它是以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，目前筆者自己也在學(xué)習(xí)，只是理論知識(shí)不扎實(shí)，理解的不夠深入，這里就不做介紹了，希望以后可以寫(xiě)一片拋磚引玉的文章。

算法固然重要，但好的數(shù)據(jù)卻要優(yōu)于好的算法，設(shè)計(jì)優(yōu)良特征是大有裨益的。假如你有一個(gè)超大數(shù)據(jù)集，那么無(wú)論你使用哪種算法可能對(duì)分類(lèi)性能都沒(méi)太大影響（此時(shí)就可以根據(jù)速度和易用性來(lái)進(jìn)行抉擇）。