机器学习.数据不平衡处理之SMOTE算法实现

数据不平衡的处理方法有三种:一是欠采样,二是过采样,三是调整权重。


今天要说的是过采样中的一个算法SMOTE。在网上找到一个Python库imbalance-learn package 。它是专门用来处理数据不平衡的,网址在这:https://pypi.python.org/pypi/imbalanced-learn#id27 
安装说明安装之后就可以使用了,下面是一个简单的例子:

import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.datasets import make_classification
from sklearn.decomposition import PCA
import numpy as np
import pandas as pd

from imblearn.combine import SMOTEENN

print(__doc__)

# Generate the dataset
X, y = make_classification(n_classes=2, class_sep=2, weights=[0.1, 0.9],
                           n_informative=3, n_redundant=1, flip_y=0,
                           n_features=20, n_clusters_per_class=1,
                           n_samples=100, random_state=10)

print(y)
print(y.shape)
sm = SMOTEENN()
X_resampled, y_resampled = sm.fit_sample(X, y)
print(y_resampled)
print(y_resampled.shape)
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
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  • 10
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  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22

输出为:

[1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1
 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]
(100,)
[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]
(177,)
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10

可见,该算法将标签为0的样本扩展多了77个。


SMOTE全称是Synthetic Minority Oversampling Technique即合成少数类过采样技术,它是基于随机过采样算法的一种改进方案,由于随机过采样采取简单复制样本的策略来增加少数类样本,这样容易产生模型过拟合的问题,即使得模型学习到的信息过于特别(Specific)而不够泛化(General),SMOTE算法的基本思想是对少数类样本进行分析并根据少数类样本人工合成新样本添加到数据集中,具体如图2所示,算法流程如下。

  1. 对于少数类中每一个样本xx,以欧氏距离为标准计算它到少数类样本集SminSmin中所有样本的距离,得到其k近邻。
  2. 根据样本不平衡比例设置一个采样比例以确定采样倍率N,对于每一个少数类样本xx,从其k近邻中随机选择若干个样本,假设选择的近邻为xnxn
  3. 对于每一个随机选出的近邻xnxn,分别与原样本按照如下的公式构建新的样本 
    xnew=x+rand(0,1)|xxn|xnew=x+rand(0,1)∗|x−xn|

这里写图片描述



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