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十大數據挖掘算法及各自優勢

編輯:更多關於編程

       國際權威的學術組織the IEEE International Conference on Data Mining (ICDM) 2006年12月評選出了數據挖掘領域的十大經典算法:C4.5, k-Means, SVM, Apriori, EM, PageRank, AdaBoost, kNN, Naive Bayes, and CART.

      不僅僅是選中的十大算法,其實參加評選的18種算法,實際上隨便拿出一種來都可以稱得上是經典算法,它們在數據挖掘領域都產生了極為深遠的影響。

      1. C4.5

      C4.5算法是機器學習算法中的一種分類決策樹算法,其核心算法是ID3算法. C4.5算法繼承了ID3算法的優點,並在以下幾方面對ID3算法進行了改進:

      1) 用信息增益率來選擇屬性,克服了用信息增益選擇屬性時偏向選擇取值多的屬性的不足;

      2) 在樹構造過程中進行剪枝;

      3) 能夠完成對連續屬性的離散化處理;

      4) 能夠對不完整數據進行處理。

      C4.5算法有如下優點:產生的分類規則易於理解,准確率較高。其缺點是:在構造樹的過程中,需要對數據集進行多次的順序掃描和排序,因而導致算法的低效。

      2. The k-means algorithm 即K-Means算法

      k-means algorithm算法是一個聚類算法,把n的對象根據他們的屬性分為k個分割,k < n。它與處理混合正態分布的最大期望算法很相似,因為他們都試圖找到數據中自然聚類的中心。它假設對象屬性來自於空間向量,並且目標是使各個群組內部的均方誤差總和最小。

      3. Support vector machines

      支持向量機,英文為Support Vector Machine,簡稱SV機(論文中一般簡稱SVM)。它是一種監督式學習的方法,它廣泛的應用於統計分類以及回歸分析中。支持向量機將向量映射到一個更高維的空間裡,在這個空間裡建立有一個最大間隔超平面。在分開數據的超平面的兩邊建有兩個互相平行的超平面。分隔超平面使兩個平行超平面的距離最大化。假定平行超平面間的距離或差距越大,分類器的總誤差越小。一個極好的指南是C.J.C Burges的《模式識別支持向量機指南》。van der Walt 和 Barnard 將支持向量機和其他分類器進行了比較。

      4. The Apriori algorithm

      Apriori算法是一種最有影響的挖掘布爾關聯規則頻繁項集的算法。其核心是基於兩階段頻集思想的遞推算法。該關聯規則在分類上屬於單維、單層、布爾關聯規則。在這裡,所有支持度大於最小支持度的項集稱為頻繁項集,簡稱頻集。

      5. 最大期望(EM)算法

      在統計計算中,最大期望(EM,Expectation–Maximization)算法是在概率(probabilistic)模型中尋找參數最大似然估計的算法,其中概率模型依賴於無法觀測的隱藏變量(Latent Variabl)。最大期望經常用在機器學習和計算機視覺的數據集聚(Data Clustering)領域。

      6. PageRank

      PageRank是Google算法的重要內容。2001年9月被授予美國專利,專利人是Google創始人之一拉裡·佩奇(Larry Page)。因此,PageRank裡的page不是指網頁,而是指佩奇,即這個等級方法是以佩奇來命名的。

      PageRank根據網站的外部鏈接和內部鏈接的數量和質量倆衡量網站的價值。PageRank背後的概念是,每個到頁面的鏈接都是對該頁面的一次投票,被鏈接的越多,就意味著被其他網站投票越多。這個就是所謂的“鏈接流行度”——衡量多少人願意將他們的網站和你的網站掛鉤。PageRank這個概念引自學術中一篇論文的被引述的頻度——即被別人引述的次數越多,一般判斷這篇論文的權威性就越高。

      7. AdaBoost

      Adaboost是一種迭代算法,其核心思想是針對同一個訓練集訓練不同的分類器(弱分類器),然後把這些弱分類器集合起來,構成一個更強的最終分類器 (強分類器)。其算法本身是通過改變數據分布來實現的,它根據每次訓練集之中每個樣本的分類是否正確,以及上次的總體分類的准確率,來確定每個樣本的權值。將修改過權值的新數據集送給下層分類器進行訓練,最後將每次訓練得到的分類器最後融合起來,作為最後的決策分類器。

      8. kNN: k-nearest neighbor classification

      K最近鄰(k-Nearest Neighbor,KNN)分類算法,是一個理論上比較成熟的方法,也是最簡單的機器學習算法之一。該方法的思路是:如果一個樣本在特征空間中的k個最相似(即特征空間中最鄰近)的樣本中的大多數屬於某一個類別,則該樣本也屬於這個類別。

      9. Naive Bayes

      在眾多的分類模型中,應用最為廣泛的兩種分類模型是決策樹模型(Decision Tree Model)和樸素貝葉斯模型(Naive Bayesian Model,NBC)。 樸素貝葉斯模型發源於古典數學理論,有著堅實的數學基礎,以及穩定的分類效率。同時,NBC模型所需估計的參數很少,對缺失數據不太敏感,算法也比較簡單。理論上,NBC模型與其他分類方法相比具有最小的誤差率。但是實際上並非總是如此,這是因為NBC模型假設屬性之間相互獨立,這個假設在實際應用中往往是不成立的,這給NBC模型的正確分類帶來了一定影響。在屬性個數比較多或者屬性之間相關性較大時,NBC模型的分類效率比不上決策樹模型。而在屬性相關性較小時,NBC模型的性能最為良好。

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