集成学习 —Bagging 、Boosting-周志华

集成学习：构建多个分类器（弱分类器），用某种策略将多个结果集成起来，作为最终结果。

要求：每个弱分类器具备一定的“准确性”，分类器之间具备“差异性”。

集成学习有效的理论依据：最简单的voting方法。假设所有的弱分类器的错误率为e。则得出T个分类器得到的结果的错误率类似于二项分布中正确大于T/2的概率的和，小于e。且随着T的增加，错误率指数级下降，趋近于0。

上述基于理论依据，基于每个弱（基）分类器的误差相互独立，但是解决相同问题，此假设不可能做到。因此集成学习的关键是，使得弱分类器之间“好而不同。”

集成学习大致分两大类：1）基分类器之间强依赖，必须串行。Boosting   2）基分类器之间无强依赖，可并行。Bagging、随机森林（Random Forest）。

1. Boosting ：一族将弱分类器提升为强分类学习器的算法。

   思路：从初始训练集得到基学习器，根据其表现，对训练样本进行调整，使得之前分类错误的样本后续更受关注，用改变后的样本学习下一个分类器。重复学习T个分类器，T个分类器的结果加权得到最终结果。

代表AdaBoost：

2. Bagging（Bootstrap Aggregating 再采样）  

要做到各弱分类器之间尽可能相互独立。现实中，做到分类器之间尽可能有较大的差异。如果分出若干子集，在数据量小的情况下不可行。因此，使用相互有交叠的采样子集。

对包含m个样本的集合，采用有放回随机抽样，得到T个训练集，每个训练集包含m个样本。基于每个采样进行训练。对结果采用简单投票法（分类）或者简单平均法（回归）得到最终结果。复杂度（采样+训练+集成计算）与训练单个基学习器近似。

未被采样的样本，称为包外样本。可用作验证集。若为决策树，可辅助剪枝，辅助对0结点的处理。若为神经网络，可辅助early stopping，减小过拟合。

Bagging 关注于降低方差，因此在不剪枝决策树、神经网络等易受样本扰动的学习器上效果明显。

一般采用决策树做variance弱分类器，线性分类器不适合，这是因为： 树分类器训练简单，线性分类器训练时间长。 线性分类器比如说LR和LinearSVM分类准确率都比较高，与弱分类器的定义相违背。 每个弱分类器的作用是学习某一个方面的特征，然后把多个弱的组合成强的，这是决策树的优势。

3. 随机森林 

随机采样（Bagging）+随机选择特征（随机的k个子集中取最优）。k决定了随机性的程度。k最大，每棵树与普通决策树无异。k=1，则为单特征决策树。推荐k=log2d。

Bagging减小方差。

4. GBDT： 见决策树一章。

5. 机器学习中的 方差（variance）、偏差（bias）、误差（error）

Error = Bias + Variance+ Noise

Error反映的是整个模型的准确度，Bias反映的是一个模型在样本上的输出与真实值之间的误差，即模型本身的精准度，Variance反映的是模型每一次输出结果与模型输出期望之间的误差，即模型的稳定性。