【无标题】机器学习——朴素贝叶斯

朴素贝叶斯（Naive Bayesian algorithm）是有监督学习的一种分类算法，它基于“贝叶斯定理”实现，该原理的提出人是英国著名数学家托马斯·贝叶斯。

一、贝叶斯定理

• P(A) 这是概率中最基本的符号，表示 A 出现的概率。比如在投掷骰子时，P(2) 指的是骰子出现数字“2”的概率，这个概率是 六分之一。
• P(B|A) 是条件概率的符号，表示事件 A 发生的条件下，事件 B 发生的概率，条件概率是“贝叶斯公式”的关键所在，它也被称为“似然度”。
• P(A|B) 是条件概率的符号，表示事件 B 发生的条件下，事件 A 发生的概率，这个计算结果也被称为“后验概率”。
• 先验概率：靠猜
• 后验概率：根据各自的特征再次做出概率预判
• 似然度：条件概率，“可能性”

二、多特征分类问题（即贝叶斯定理的典型应用）

使统计学的相关知识解决上述分类问题，分类问题的样本数据大致如下所示：

[特征 X1 的值,特征 X2 的值,特征 X3 的值,......,类别 A1]
[特征 X1 的值,特征 X2 的值,特征 X3 的值,......,类别 A2]
说明：特征之间是相互独立的，互不影响的

解决思路：这里我们先简单的采用 1 和 0 代表特征值的有无，比如当 X1 的特征值等于 1 时，则该样本属于 A1 的类别概率；特征值 X2 值为 1 时，该样本属于类别 A1 的类别的概率。依次类推，然后最终算出该样本对于各个类别的概率值，哪个概率值最大就可能是哪个类。

P(类别A1|特征X1，特征X2，特征X3，…)

上述式子表达的意思是：在特征 X1、X2、X3 等共同发生的条件下，类别 A1 发生的概率，也就是后验概率，依据贝叶斯公式，我们可以使用似然度求解后验概率，某个特征的似然度如下：

P(特征X1|类别A1，特征X2，特征X3，…)

三、朴素贝叶斯应用

假设一个学校有45%的男生和55%的女生，学校规定不能穿奇装异服，男生的裤子只能穿长筒裤，而女生可以穿裙子或者长筒裤，已知该学校穿长筒裤的女生和穿裙子的女生数量相等，所有男生都必须穿长筒裤，请问如果你从远处看到一个穿裤子的学生，那么这个学生是女生的概率是多少？
根据贝叶斯公式，列出要用到的事件概率：

学校女生的概率：P(女生)= 0.55
女生中穿裤子的概率：P(裤子|女生)= 0.5
学校中穿裤子的概率：P(裤子)= 0.45 + 0.275= 0.725

使用贝叶斯公式求解 P(女生|裤子) 的概率：

P(女生|裤子) = P(裤子|女生) * P(女生) / P(裤子) = 0.5 * 0.55 / 0.725 = 0.379

• P(女生|裤子) 为后验概率
• P(女生) 和 P(裤子)叫做先验概率
• P(裤子|女生) 就是条件概率“似然度”

四、分类

• 高斯朴素贝叶斯（GaussianNB）适用于特征呈正态分布的
• 多项式贝叶斯（MultinomialNB）适用于特征是多项式分布的
• 伯努利贝叶斯（BernoulliNB)适用于二项分布

五、sklearn实现朴素贝叶斯

算法集中在 sklearn.naive_bayes 包.
1) 算法使用流程
使用朴素贝叶斯算法，具体分为三步：

• 统计样本数，即统计先验概率 P(y) 和 似然度 P(x|y)。
• 根据待测样本所包含的特征，对不同类分别进行后验概率计算。
• 比较 y1，y2，…yn 的后验概率，哪个的概率值最大就将其作为预测输出。

2) 朴素贝叶斯算法应用

#鸢尾花数据集
from sklearn.datasets import load_iris
#导入朴素贝叶斯模型，这里选用高斯分类器
from sklearn.naive_bayes import GaussianNB

#载入数据集
X,y=load_iris(return_X_y=True)
bayes_modle=GaussianNB()
#训练数据
bayes_modle.fit(X,y)
#使用模型进行分类预测
result=bayes_modle.predict(X)
print(result)
#对模型评分

model_score=bayes_modle.score(X,y)
print(model_score)

输出结果：

预测分类：
[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 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1
1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 2]
模型评分：
0.96

参考来自：http://c.biancheng.net/ml_alg/sklearn-bayes.html