机器学习-朴素贝叶斯-垃圾邮件

一:朴素贝叶斯算法概述
1:朴素贝叶斯(Naïve Bayes, NB)算法,是一种基于贝叶斯定理与特征条件独立假设的分类方法。朴素:特征条件独立;贝叶斯:基于贝叶斯定理。属于监督学习的生成模型,实现简单,并有坚实的数学理论(即贝叶斯定理)作为支撑。

2:理解:贝叶斯分类是一类分类算法的总称,这类算法均以贝叶斯定理为基础,故统称为贝叶斯分类。朴素朴素贝叶斯分类是贝叶斯分类中最简单,也是常见的一种分类方法

3:那么既然是朴素贝叶斯分类算法,它的核心算法又是什么呢?

是下面这个贝叶斯公式:机器学习-朴素贝叶斯-垃圾邮件_第1张图片

可以换一个表达形式更容易理解:

机器学习-朴素贝叶斯-垃圾邮件_第2张图片

4:例子分析

机器学习-朴素贝叶斯-垃圾邮件_第3张图片

这里我们联系到朴素贝叶斯公式:

 

由表中的数据计算可以得到:
在这里插入图片描述

对于类别“嫁”的贝叶斯分子为:
在这里插入图片描述
对于类别“不嫁”的贝叶斯分子为:
在这里插入图片描述
最终结果为:
在这里插入图片描述
不嫁(60%) > 嫁( 40%),则该女生选择不嫁。

5:朴素贝叶斯算法的优缺点

优点:

(1) 算法逻辑简单,易于实现

(2)分类过程中时空开销小

缺点:

理论上,朴素贝叶斯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,这是因为朴素贝叶斯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,在属性个数比较多或者属性之间相关性较大时,分类效果不好。

而在属性相关性较小时,朴素贝叶斯性能最为良好。对于这一点,有半朴素贝叶斯之类的算法通过考虑部分关联性适度改进。

二:垃圾邮件(我们想采用的分类方法是通过多个词来判断是否为垃圾邮件,但这个概率难以估计,通过贝叶斯公式,可以转化为求垃圾邮件中这些词出现的概率。)

1:主要步骤:

分类标准:当 P(垃圾邮件|文字内容)> P(正常邮件|文字内容)时,我们认为该邮件为垃圾邮件,但是单凭单个词而做出判断误差肯定相当大,因此我们可以将所有的词一起进行联合判断。

P(垃圾邮件|邮件内容) = P(垃圾邮件和邮件内容) / P(邮件内容) = P(邮件内容|垃圾邮件) * P(垃圾邮件) / P(邮件内容)

 2:代码实现

import os
import re
import string
import math
 
DATA_DIR = 'enron Email dataset/enron'
target_names = ['ham', 'spam']
 
 
def get_data(DATA_DIR):
    subfolders = ['enron%d' % i for i in range(1, 7)]
    data = []
    target = []
    for subfolder in subfolders:
        # spam
        spam_files = os.listdir(os.path.join(DATA_DIR, subfolder, 'spam'))
        for spam_file in spam_files:
            with open(os.path.join(DATA_DIR, subfolder, 'spam', spam_file), encoding="latin-1") as f:
                data.append(f.read())
                target.append(1)
        # ham
        ham_files = os.listdir(os.path.join(DATA_DIR, subfolder, 'ham'))
        for ham_file in ham_files:
            with open(os.path.join(DATA_DIR, subfolder, 'ham', ham_file), encoding="latin-1") as f:
                data.append(f.read())
                target.append(0)
    return data, target
 
 
X, y = get_data(DATA_DIR)
 
 
class SpamDetector_1(object):
    """Implementation of Naive Bayes for binary classification"""
 
    # 清除空格
    def clean(self, s):
        translator = str.maketrans("", "", string.punctuation)
        return s.translate(translator)
 
    # 分开每个单词
    def tokenize(self, text):
        text = self.clean(text).lower()
        return re.split("\W+", text)
 
    # 计算某个单词出现的次数
    def get_word_counts(self, words):
        word_counts = {}
        for word in words:
            word_counts[word] = word_counts.get(word, 0.0) + 1.0
        return word_counts
 
 
class SpamDetector_2(SpamDetector_1):
    # X:data,Y:target标签(垃圾邮件或正常邮件)
    def fit(self, X, Y):
        self.num_messages = {}
        self.log_class_priors = {}
        self.word_counts = {}
        # 建立一个集合存储所有出现的单词
        self.vocab = set()
        # 统计spam和ham邮件的个数
        self.num_messages['spam'] = sum(1 for label in Y if label == 1)
        self.num_messages['ham'] = sum(1 for label in Y if label == 0)
 
        # 计算先验概率,即所有的邮件中,垃圾邮件和正常邮件所占的比例
        self.log_class_priors['spam'] = math.log(
            self.num_messages['spam'] / (self.num_messages['spam'] + self.num_messages['ham']))
        self.log_class_priors['ham'] = math.log(
            self.num_messages['ham'] / (self.num_messages['spam'] + self.num_messages['ham']))
 
        self.word_counts['spam'] = {}
        self.word_counts['ham'] = {}
 
        for x, y in zip(X, Y):
            c = 'spam' if y == 1 else 'ham'
            # 构建一个字典存储单封邮件中的单词以及其个数
            counts = self.get_word_counts(self.tokenize(x))
            for word, count in counts.items():
                if word not in self.vocab:
                    self.vocab.add(word)  # 确保self.vocab中含有所有邮件中的单词
                # 下面语句是为了计算垃圾邮件和非垃圾邮件的词频,即给定词在垃圾邮件和非垃圾邮件中出现的次数。
                # c是0或1,垃圾邮件的标签
                if word not in self.word_counts[c]:
                    self.word_counts[c][word] = 0.0
                self.word_counts[c][word] += count
 
 
MNB = SpamDetector_2()
MNB.fit(X[100:], y[100:])
 
 
class SpamDetector(SpamDetector_2):
    def predict(self, X):
        result = []
        flag_1 = 0
        # 遍历所有的测试集
        for x in X:
            counts = self.get_word_counts(self.tokenize(x))  # 生成可以记录单词以及该单词出现的次数的字典
            spam_score = 0
            ham_score = 0
            flag_2 = 0
            for word, _ in counts.items():
                if word not in self.vocab:
                    continue
 
                # 下面计算P(内容|垃圾邮件)和P(内容|正常邮件),所有的单词都要进行拉普拉斯平滑
                else:
                    # 该单词存在于正常邮件的训练集和垃圾邮件的训练集当中
                    if word in self.word_counts['spam'].keys() and word in self.word_counts['ham'].keys():
                        log_w_given_spam = math.log(
                            (self.word_counts['spam'][word] + 1) / (
                                        sum(self.word_counts['spam'].values()) + len(self.vocab)))
                        log_w_given_ham = math.log(
                            (self.word_counts['ham'][word] + 1) / (sum(self.word_counts['ham'].values()) + len(
                                self.vocab)))
                    # 该单词存在于垃圾邮件的训练集当中,但不存在于正常邮件的训练集当中
                    if word in self.word_counts['spam'].keys() and word not in self.word_counts['ham'].keys():
                        log_w_given_spam = math.log(
                            (self.word_counts['spam'][word] + 1) / (
                                        sum(self.word_counts['spam'].values()) + len(self.vocab)))
                        log_w_given_ham = math.log(1 / (sum(self.word_counts['ham'].values()) + len(
                            self.vocab)))
                    # 该单词存在于正常邮件的训练集当中,但不存在于垃圾邮件的训练集当中
                    if word not in self.word_counts['spam'].keys() and word in self.word_counts['ham'].keys():
                        log_w_given_spam = math.log(1 / (sum(self.word_counts['spam'].values()) + len(self.vocab)))
                        log_w_given_ham = math.log(
                            (self.word_counts['ham'][word] + 1) / (sum(self.word_counts['ham'].values()) + len(
                                self.vocab)))
 
                # 把计算到的P(内容|垃圾邮件)和P(内容|正常邮件)加起来
                spam_score += log_w_given_spam
                ham_score += log_w_given_ham
 
                flag_2 += 1
 
                # 最后,还要把先验加上去,即P(垃圾邮件)和P(正常邮件)
                spam_score += self.log_class_priors['spam']
                ham_score += self.log_class_priors['ham']
 
            # 最后进行预测,如果spam_score > ham_score则标志为1,即垃圾邮件
            if spam_score > ham_score:
                result.append(1)
            else:
                result.append(0)
 
            flag_1 += 1
 
        return result
 
 
MNB = SpamDetector()
MNB.fit(X[100:], y[100:])
pred = MNB.predict(X[:100])
true = y[:100]
 
accuracy = 0
for i in range(100):
    if pred[i] == true[i]:
        accuracy += 1
print("测试的正确率为:"+accuracy)  

 3:结果展示(结果为:数据集中有训练集和测试集,所以当我们对训练结果进行测试时,可以发现测试结果很高为98%,所以可以实现大部分的垃圾邮件的检索。)

机器学习-朴素贝叶斯-垃圾邮件_第4张图片

 

你可能感兴趣的:(人工智能,python)