十大數(shù)據(jù)挖掘算法及各自優(yōu)勢

2014-09-08 09:50:32來源:ICDM作者:

國際權(quán)威的學(xué)術(shù)組織the IEEE International Conference on Data Mining (ICDM) 2006年12月評選出了數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的十大經(jīng)典算法:C4.5, k-Means, SVM, Apriori, EM, PageRank, AdaBoost, kNN, Naive Bayes, and CART.

國際權(quán)威的學(xué)術(shù)組織the IEEE International Conference on Data Mining (ICDM) 2006年12月評選出了數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的十大經(jīng)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(jīng)典算法,它們在數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域都產(chǎn)生了極為深遠的影響。

1. C4.5

C4.5算法是機器學(xué)習(xí)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(yōu)點,并在以下幾方面對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(gòu)造過程中進行剪枝;
  • 3) 能夠完成對連續(xù)屬性的離散化處理;
  • 4) 能夠?qū)Σ煌暾麛?shù)據(jù)進行處理。

C4.5算法有如下優(yōu)點:產(chǎn)生的分類規(guī)則易于理解,準(zhǔn)確率較高。其缺點是:在構(gòu)造樹的過程中,需要對數(shù)據(jù)集進行多次的順序掃描和排序,因而導(dǎo)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(jù)他們的屬性分為k個分割,k < n。它與處理混合正態(tài)分布的最大期望算法很相似,因為他們都試圖找到數(shù)據(jù)中自然聚類的中心。它假設(shè)對象屬性來自于空間向量,并且目標(biāo)是使各個群組內(nèi)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(jiān)督式學(xué)習(xí)的方法,它廣泛的應(yīng)用于統(tǒng)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里,在這個空間里建立有一個最大間隔超平面。在分開數(shù)據(jù)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(guān)聯(lián)規(guī)則頻繁項集的算法。其核心是基于兩階段頻集思想的遞推算法。該關(guān)聯(lián)規(guī)則在分類上屬于單維、單層、布爾關(guān)聯(lián)規(guī)則。在這里,所有支持度大于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(tǒng)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(shù)最大似然估計的算法,其中概率模型依賴于無法觀測的隱藏變量(Latent Variabl)。最大期望經(jīng)常用在機器學(xué)習(xí)和計算機視覺的數(shù)據(jù)集聚(Data Clustering)領(lǐng)域。

6. PageRank

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

PageRank根據(jù)網(wǎng)站的外部鏈接和內(nèi)部鏈接的數(shù)量和質(zhì)量倆衡量網(wǎng)站的價值。PageRank背后的概念是,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(wǎng)站投票越多。這個就是所謂的“鏈接流行度”——衡量多少人愿意將他們的網(wǎng)站和你的網(wǎng)站掛鉤。PageRank這個概念引自學(xué)術(shù)中一篇論文的被引述的頻度——即被別人引述的次數(shù)越多,一般判斷這篇論文的權(quán)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(xùn)練集訓(xùn)練不同的分類器(弱分類器),然后把這些弱分類器集合起來,構(gòu)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(shù)據(jù)分布來實現(xiàn)的,它根據(jù)每次訓(xùn)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準(zhǔn)確率,來確定每個樣本的權(quán)值。將修改過權(quán)值的新數(shù)據(jù)集送給下層分類器進行訓(xùn)練,最后將每次訓(xùn)練得到的分類器最后融合起來,作為最后的決策分類器。

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(xué)習(xí)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(shù)屬于某一個類別,則該樣本也屬于這個類別。

9. Naive Bayes

在眾多的分類模型中,應(yīng)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(fā)源于古典數(shù)學(xué)理論,有著堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),以及穩(wěn)定的分類效率。同時,NBC模型所需估計的參數(shù)很少,對缺失數(shù)據(jù)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。但是實際上并非總是如此,這是因為NBC模型假設(shè)屬性之間相互獨立,這個假設(shè)在實際應(yīng)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(shù)比較多或者屬性之間相關(guān)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(guān)性較小時,NBC模型的性能最為良好。

10. CART: 分類與回歸樹

CART, Classification and Regression Trees。 在分類樹下面有兩個關(guān)鍵的思想。第一個是關(guān)于遞歸地劃分自變量空間的想法;第二個想法是用驗證數(shù)據(jù)進行剪枝。