2022年数据挖掘大算法可用 .pdf
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1、数据挖掘十大算法1 http:/ IEEE International Conference on Data Mining (ICDM) 2006年 12 月评选出了数据挖掘领域的十大经典算法:C4.5, k-Means, SVM, Apriori, EM, PageRank, AdaBoost, kNN, Naive Bayes, and CART. 不仅仅是选中的十大算法,其实参加评选的18 种算法,实际上随便拿出一种来都可以称得上是经典算法,它们在数据挖掘领域都产生了极为深远的影响。1.C4.5 C4.5 算法是机器学习算法中的一种分类决策树算法,其核心算法是 ID3 算法 . C4.5
2、 算法继承了 ID3 算法的优点,并在以下几方面对ID3 算法进行了改进:1) 用信息增益率来选择属性,克服了用信息增益选择属性时偏向选择取值多的属性的不足;2) 在树构造过程中进行剪枝;3) 能够完成对连续属性的离散化处理;4) 能够对不完整数据进行处理。C4.5 算法有如下优点:产生的分类规则易于理解,准确率较高。其缺点是:在构造树的过程中,需要对数据集进行多次的顺序扫描和排序,因而导致算法的低效。2. The k-means algorithm 即 K-Means 算法k-means algorithm算法是一个聚类算法,把n 的对象根据他们的属性分为k 个分割, k n 。它与处理混合
3、正态分布的最大期望算法很相似,因为他们都试图找到数据中自然聚类的中心。它假设对象属性来自于空间向量,并且目标是使各个群组内部的均方误差总和最小。3. Support vector machines 支持向量机,英文为Support Vector Machine ,简称 SV 机(论文中一般简称SVM)。它是一种監督式學習的方法, 它广泛的应用于统计分类以及回归分析中。支持向量机将向量映射到一个更高维的空间里,在这个空间里建立有一个最大间隔超平面。在分开数据的超平面的两边建有两个互相平行的超平面。分隔超平面使两个平行超平面的距离最大化。假定平行超平面间的距离或差距越大,分类器的名师资料总结 -
4、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 27 页 - - - - - - - - - 总误差越小。一个极好的指南是C.J.C Burges 的模式识别支持向量机指南。van der Walt 和Barnard 将支持向量机和其他分类器进行了比较。4. The Apriori algorithm Apriori 算法是一种最有影响的挖掘布尔关联规则频繁项集的算法。其核心是基于两阶段频集思想的递推算法。该关联规则在分类上属于单维、单层、布尔关联规则。在这里,所有支持度大于最小支持度的项
5、集称为频繁项集,简称频集。5. 最大期望 (EM) 算法在统计计算中,最大期望(EM,Expectation Maximization )算法是在概率( probabilistic )模型中寻找参数最大似然估计的算法,其中概率模型依赖于无法观测的隐藏变量(Latent Variabl )。最大期望经常用在机器学习和计算机视觉的数据集聚(Data Clustering )领域。6. PageRank PageRank 是 Google 算法的重要内容。 2001 年 9 月被授予美国专利, 专利人是 Google 创始人之一拉里?佩奇( Larry Page )。因此, PageRank 里的
6、page 不是指网页,而是指佩奇,即这个等级方法是以佩奇来命名的。PageRank 根据网站的外部链接和内部链接的数量和质量俩衡量网站的价值。PageRank 背后的概念是,每个到页面的链接都是对该页面的一次投票,被链接的越多,就意味着被其他网站投票越多。这个就是所谓的 链接流行度 衡量多少人愿意将他们的网站和你的网站挂钩。PageRank 这个概念引自学术中一篇论文的被引述的频度即被别人引述的次数越多,一般判断这篇论文的权威性就越高。7. AdaBoost Adaboost 是一种迭代算法, 其核心思想是针对同一个训练集训练不同的分类器(弱分类器 ), 然后把这些弱分类器集合起来,构成一个更
7、强的最终分类器(强分类器 )。其算法本身是通过改变数据分布来实现的,它根据每次训练集之中每个样本的分类是否正确,以及上次的总体分类的准确率,来确定每个样本的权值。 将修改过权值的新数据集送给下层分类器进行训练,最后将每次训练得到的分类器最后融合起来,作为最后的决策分类器。8. kNN: k-nearest neighbor classification K最近邻 (k-Nearest Neighbor ,KNN)分类算法,是一个理论上比较成熟的方法,也是最简单的机器学习算法之一。该方法的思路是:如果一个样本在特征空间中的k 个最相似 (即特征空间中最邻近 )的样本中的大多数属于某一个类别,则该
8、样本也属于这个类别。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 27 页 - - - - - - - - - 9. Naive Bayes 在众多的分类模型中,应用最为广泛的两种分类模型是决策树模型(Decision Tree Model) 和朴素贝叶斯模型( Naive Bayesian Model ,NBC)。 朴素贝叶斯模型发源于古典数学理论,有着坚实的数学基础,以及稳定的分类效率。同时,NBC模型所需估计的参数很少,对缺失数据不太敏感,算法也比较简单。理论上,
9、 NBC 模型与其他分类方法相比具有最小的误差率。但是实际上并非总是如此,这是因为 NBC模型假设属性之间相互独立,这个假设在实际应用中往往是不成立的,这给NBC模型的正确分类带来了一定影响。 在属性个数比较多或者属性之间相关性较大时,NBC模型的分类效率比不上决策树模型。而在属性相关性较小时,NBC 模型的性能最为良好。10. CART: 分类与回归树CART, Classification and Regression Trees 。 在分类树下面有两个关键的思想。第一个是关于递归地划分自变量空间的想法;第二个想法是用验证数据进行剪枝。数据挖掘十大经典算法(1)C4.5 机器学习中,决策树
10、是一个预测模型;他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。树中每个节点表示某个对象, 而每个分叉路径则代表的某个可能的属性值,而每个叶结点则对应从根节点到该叶节点所经历的路径所表示的对象的值。决策树仅有单一输出,若欲有复数输出,可以建立独立的决策树以处理不同输出。从数据产生决策树的机器学习技术叫做决策树学习, 通俗说就是决策树。决策树学习也是数据挖掘中一个普通的方法。在这里,每个决策树都表述了一种树型结构,他由他的分支来对该类型的对象依靠属性进行分类。每个决策树可以依靠对源数据库的分割进行数据测试。这个过程可以递归式的对树进行修剪。当不能再进行分割或一个单独的类可以被应用于某一分支时,递归
11、过程就完成了。另外,随机森林分类器将许多决策树结合起来以提升分类的正确率。决策树同时也可以依靠计算条件概率来构造。决策树如果依靠数学的计算方法可以取得更加理想的效果。决策树是如何工作的决策树一般都是自上而下的来生成的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 27 页 - - - - - - - - - 选择分割的方法有好几种,但是目的都是一致的:对目标类尝试进行最佳的分割。从根到叶子节点都有一条路径,这条路径就是一条 规则 。决策树可以是二叉的,也可以是多叉的。对
12、每个节点的衡量:1) 通过该节点的记录数2) 如果是叶子节点的话,分类的路径3) 对叶子节点正确分类的比例。有些规则的效果可以比其他的一些规则要好。由于 ID3 算法在实际应用中存在一些问题,于是 Quilan 提出了 C4.5 算法,严格上说 C4.5 只能是 ID3的一个改进算法。相信大家对ID3 算法都很 .熟悉了,这里就不做介绍。C4.5 算法继承了 ID3 算法的优点,并在以下几方面对ID3 算法进行了改进:1) 用信息增益率来选择属性,克服了用信息增益选择属性时偏向选择取值多的属性的不足;2) 在树构造过程中进行剪枝;3) 能够完成对连续属性的离散化处理;4) 能够对不完整数据进行
13、处理。C4.5 算法有如下优点:产生的分类规则易于理解,准确率较高。其缺点是:在构造树的过程中,需要对数据集进行多次的顺序扫描和排序,因而导致算法的低效。此外,C4.5 只适合于能够驻留于内存的数据集,当训练集大得无法在内存容纳时程序无法运行。来自搜索的其他内容:C4.5 算法是机器学习算法中的一种分类决策树算法,其核心算法是 ID3 算法 . 分类决策树算法是从大量事例中进行提取分类规则的自上而下的决策树. 决策树的各部分是 : 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4
14、页,共 27 页 - - - - - - - - - 根: 学习的事例集 . 枝: 分类的判定条件 . 叶: 分好的各个类 . 4.3.2 ID3 算法1.概念提取算法 CLS 1) 初始化参数 C=E,E 包括所有的例子 ,为根. 2) IF C 中的任一元素e 同属于同一个决策类则创建一个叶子节点 YES终止 . ELSE 依启发式标准 ,选择特征 Fi=V1,V2,V3, Vn 并创建判定节点划分 C 为互不相交的 N 个集合 C1,C2,C3, ,Cn;3) 对任一个 Ci 递归. 2. ID3 算法1) 随机选择 C 的一个子集 W (窗口). 2) 调用 CLS生成 W 的分类树
15、DT(强调的启发式标准在后). 3) 顺序扫描 C 搜集 DT 的意外 (即由 DT 无法确定的例子 ). 4) 组合 W 与已发现的意外 ,形成新的 W. 5) 重复 2)到 4),直到无例外为止 . 启发式标准 : 只跟本身与其子树有关,采取信息理论用熵来量度. 熵是选择事件时选择自由度的量度,其计算方法为P = freq(Cj,S)/|S|; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 27 页 - - - - - - - - - INFO(S)= - SUM(
16、 P*LOG(P) ) ; SUM()函数是求 j 从 1 到 n 和. Gain(X)=Info(X)-Infox(X); Infox(X)=SUM( (|Ti|/|T|)*Info(X); 为保证生成的决策树最小,ID3 算法在生成子树时 ,选取使生成的子树的熵(即 Gain(S) 最小的的特征来生成子树 . 4.3.3: ID3 算法对数据的要求1. 所有属性必须为离散量. 2. 所有的训练例的所有属性必须有一个明确的值. 3. 相同的因素必须得到相同的结论且训练例必须唯一. 4.3.4: C4.5 对 ID3 算法的改进 : 1. 熵的改进 ,加上了子树的信息 . Split_Info
17、x(X)= - SUM( (|T|/|Ti| ) *LOG(|Ti|/|T|) ); Gain ratio(X)= Gain(X)/Split Infox(X); 2. 在输入数据上的改进 . 1) 因素属性的值可以是连续量,C4.5 对其排序并分成不同的集合后按照ID3 算法当作离散量进行处理,但结论属性的值必须是离散值. 2) 训练例的因素属性值可以是不确定的,以? 表示,但结论必须是确定的3. 对已生成的决策树进行裁剪,减小生成树的规模 . 数据挖掘十大经典算法(2) k-means k-means algorithm算法是一个聚类算法,把n 的对象根据他们的属性分为k 个分割, k =
18、 0软间隔1995 年, Corinna Cortes 与 Vapnik 提出了一种改进的最大间隔区方法,这种方法可以处理标记错误的样本。如果可区分正负例的超平面不存在,则 软边界 将选择一个超平面尽可能清晰地区分样本,同时使其与分界最清晰的样本的距离最大化。这一成果使术语 支持向量机 (或SVM )得到推广。这种方法引入了松驰参数i以衡量对数据 xi 的误分类度。随后,将目标函数与一个针对非0i的惩罚函数相加,在增大间距和缩小错误惩罚两大目标之间进行权衡优化。如果惩罚函数是一个线性函数,则等式(3) 变形为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
19、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 27 页 - - - - - - - - - 数据挖掘十大经典算法(4)Apriori Apriori算法是一种最有影响的挖掘布尔关联规则频繁项集的算法。其核心是基于两阶段频集思想的递推算法。该关联规则在分类上属于单维、单层、布尔关联规则。在这里,所有支持度大于最小支持度的项集称为频繁项集,简称频集。Apriori演算法所使用的前置统计量包括了:最大规则物件数:规则中物件组所包含的最大物件数量最小支援:规则中物件或是物件组必顸符合的最低案例数最小信心水准:计算规则所必须符合的最低信心水准门槛该算法的基本思想
20、是:首先 找出所有的频集,这些项集出现的频繁性至少和预定义的最小支持度一样。 然后 由频集产生强关联规则,这些规则必须满足最小支持度和最小可信度。然后使用第 1 步找到的频集产生期望的规则,产生只包含集合的项的所有规则,其中每一条规则的右部只有一项,这里采用的是中规则的定义。一旦这些规则被生成,那么只有那些大于用户给定的最小可信度的规则才被留下来。为了生成所有频集,使用了递推的方法。Apriori算法的两大缺点:1. 可能产生大量的候选集;2. 可能需要重复扫描数据库。数据挖掘十大经典算法(5) EM 在统计计算中,最大期望(EM,Expectation Maximization )算法是在概
21、率( probabilistic )模型中寻找参数最大似然估计的算法,其中概率模型依赖于无法观测的隐藏变量(Latent Variabl )。最大期望经常用在机器学习和计算机视觉的数据集聚(Data Clustering )领域。最大期望算法经过两个步骤交替进行计算,第一步是计算期望(E),也就是将隐藏变量象能够观测到的一样包含在内从而计算最大似然的期望值;另外一步是最大化(M),也就是最大化在E 步上找到的最大似然的期望值从而计算参数的最大似然估计。 M 步上找到的参数然后用于另外一个E 步计算,这个过程不断交替进行。最大期望过程说明我们用表示能够观察到的不完整的变量值,用表示无法观察到的变
22、量值,这样和一起组成了完整的数据。可能是实际测量丢失的数据,也可能是能够简化问题的隐藏变量,如果它的值能够知道的话。例如,在混合模型(Mixture Model )中,如果 产生 样本的混合元素成分已知的话最大似然公式将变得更加便利(参见下面的例子)。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页,共 27 页 - - - - - - - - - 估计无法观测的数据让代表矢量: 定义的参数的全部数据的概率分布(连续情况下)或者概率集聚函数 (离散情况下),那么从这个函数就可
23、以得到全部数据的最大似然值,另外,在给定的观察到的数据条件下未知数据的条件分布可以表示为:数据挖掘十大经典算法(6) PageRank PageRank 是 Google 算法的重要内容。 2001 年 9 月被授予美国专利, 专利人是 Google 创始人之一拉里?佩奇( Larry Page )。因此, PageRank 里的 page 不是指网页,而是指佩奇,即这个等级方法是以佩奇来命名的。Google 的 PageRank 根据网站的外部链接和内部链接的数量和质量俩衡量网站的价值。PageRank 背后的概念是,每个到页面的链接都是对该页面的一次投票,被链接的越多,就意味着被其他网站投
24、票越多。这个就是所谓的 链接流行度 衡量多少人愿意将他们的网站和你的网站挂钩。PageRank这个概念引自学术中一篇论文的被引述的频度即被别人引述的次数越多,一般判断这篇论文的权威性就越高。Google 有一套自动化方法来计算这些投票。Google 的 PageRank 分值从 0 到 10;PageRank 为 10表示最佳,但非常少见,类似里氏震级(Richter scale ),PageRank 级别也不是线性的,而是按照一种指数刻度。这是一种奇特的数学术语,意思是PageRank4 不是比 PageRank3 好一级 而可能会好 6 到 7 倍。因此,一个 PageRank5 的网页和
25、 PageRank8 的网页之间的差距会比你可能认为的要大的多。PageRank 较高的页面的排名往往要比PageRank 较低的页面高,而这导致了人们对链接的着魔。在整个 SEO社区,人们忙于争夺、 交换甚至销售链接, 它是过去几年来人们关注的焦点,以至于 Google修改了他的系统,并开始放弃某些类型的链接。比如,被人们广泛接受的一条规定,来自缺乏内容的 link farm(链接工厂)网站的链接将不会提供页面的PageRank,从 PageRank 较高的页面得到链接但是内容不相关(比如说某个流行的漫画书网站链接到一个叉车规范页面),也不会提供页面的PageRank。Google 选择降低
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