分類(6) 不平衡和多分類問題

2021-07-24 06:59:50 字數 3102 閱讀 8622

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一、不平衡問題

(1)不平衡資料

例如:乙個產品生產的不合格產品數量會遠低於合格產品數量。信用卡欺詐的檢測中,合法交易遠遠多於欺詐交易。

這時候,準確率的度量會出現一些問題,因為她把每個類都看得同等重要。

例如,1%的信用卡交易是欺詐行為,則**每個交易都是合法的模型有99%的準確率,它也可能檢測不到任何欺詐交易。

(2)混淆矩陣

在不平衡資料中,稀有模擬較有意義,對於二元分類,稀有類通常記為正類,而多數類被認為是負類。下面顯示了混淆矩陣:

真正(true positive,tp):++

假正(false positive,fp):-+

真負(true negative,tn):–

假負(false negative,fn):+-

真正率(true positive rate,tpr)或靈敏度(sensitivity): tp

r=tp

tp+f

n=(+

+)(+

+)+(

+−)

真負率(true negative rate,tnr)或特指度(specificity): tn

r=tn

tn+f

p=(−

−)(−

−)+(

−+)

假正率(false positive rate,fpr): fp

r=fp

tn+f

p=(+

−)(−

−)+(

−+)

假負率(false negative rate,fnr): fn

r=fn

fn+t

p=(−

+)(−

+)+(

++)

精度(precision): p=

tptp

+fp=

(++)

(++)

+(−+

) 召回率(recall)即為真正率: r=

(tp)

(tp)

+(fn

)=(+

+)(+

+)+(

+−)

精度和召回率是很重要的度量量,稱為 f1 統計量: f1

=2rp

r+p=

2×tp

2×tp

+fp+

fn=2

1r+1

p f1 是召回率和精度的調和平均數,f1 趨近於它們之間的較小值,因此,乙個高的 f1 確保精度和召回率都高。

fb 的公式: fb

=(b2

+1)r

pr+b

2p=(

b2+1

)1r+

b2p

低的 b 使得 fb 更加接近精度,高的 b 使得 fb 更加接近召回率。

(3)接受者操作曲線(roc)

是真正率和假正率取折中的一種圖形化方法。真正率為 y 軸,假正率為 x 軸。

roc的幾個關鍵點:

(tpr=0,fpr=0):把所有的都**為負

(tpr=1,fpr=1):把所有的都**為正

(tpr=1,fpr=0):理想模型。只要是正的,都**為正。

乙個好的分類器,盡量靠近左上角,隨機猜想為對角線。

產生roc曲線方法:

(4)代價敏感學習

模型 m 的代價: ct

(m)=

tp×c

(+,+

)+fp

×c(−

,+)+

fn×c

(+,1

)+fn

×c(−

,−)

如下是乙個代價矩陣:

它可以把決策邊界擴充套件:

對於代價矩陣,若 c(+,+)=c(-,-)=0 的情況,分類正確不需要代價,則:

求解可以得到決策邊界。

基於抽樣方法

對於樣本進行處理,假設有100個正樣本和1000個負樣本。

不充分抽樣(udersampling):取和正樣本一樣數量的負樣本,取100個負樣本,形成訓練集。

過分抽樣(oversampling):將正樣本複製,或者重複抽樣,使得正樣本的數量和負樣本一樣1000個。

二、多類問題

1、one-vs-rest 方法。將多類問題分解為 k 個二類問題,將屬於yi的歸為正類,而其他類被分為負類,依次進行。

2、one-vs-one 方法。它構建k(k-1)/2 個二分類器,每乙個分類器用來區分一對類 (yi,yj) ,當為類 (yi,yj) 建立分類器的時候,將不屬於 (yi,yj) 的樣本忽略掉。

例子:

使用上述兩種方法建模後,可能出現分類平局。另一種方法,將輸出轉變為概率估計,將例項給予高概率的類。

糾錯輸出編碼

糾錯輸出編碼(error-correcting output coding,ecoc):一種處理多分類更加魯棒的方法,給予每個類乙個**字,對於每個可能**錯誤的,選取距離**字最近的那一類。

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