选择性集成学习算法的研究

通过选择性集成可以获得比单个学习器和全部集成学习更好的学习效果,可以显著地提高学习系统的泛化性能。文中提出一种多层次选择性集成学习算法,即在基分类器中通过多次按权重进行部分选择,形成多个集成分类器,对形成的集成分类器进行再集成,最后通过对个集成分类器多数投票的方式决定算法的输出。针对决策树与神经网络模型在20个标准数据集对集成学习算法Ada—ens进行了实验研究,试验证明基于数据的集成学习算法的性能优于基于特征集的集成学习算法的性能,有更好的分类准确率和泛化性能。     

一种多层次选择性集成学习算法

选择性集成学习是为解决同一个问题而训练多个基分类器,并依据某种规则选取部分基分类器的结果进行整合的学习算法。通过选择性集成可以获得比单个学习器和全部集成学习更好的学习效果,可以显著地提高学习系统的泛化性能。提出了一种多层次选择性集成学习算法Ada_ens。试验结果表明,Ada_ens具有更好的学习效果和泛化性能。     

基于蚁群优化的极限学习机选择性集成学习算法

针对现有极限学习机集成学习算法分类精度低、泛化能力差等缺点,提出了一种基于蚁群优化思想的极限学习机选择性集成学习算法。该算法首先通过随机分配隐层输入权重和偏置的方法生成大量差异的极限学习机分类器,然后利用一个二叉蚁群优化搜索算法迭代地搜寻最优分类器组合,最终使用该组合分类测试样本。通过12个标准数据集对该算法进行了测试,该算法在9个数据集上获得了最优结果,在另3个数据集上获得了次优结果。采用该算法可显著提高分类精度与泛化性能。     

基于FP-Tree 的快速选择性集成算法

选择性集成通过选择部分基分类器参与集成,从而提高集成分类器的泛化能力,降低预测开销.但已有的选择性集成算法普遍耗时较长,将数据挖掘的技术应用于选择性集成,提出一种基于FP-Tree(frequent pattern tree)的快速选择性集成算法:CPM-EP(coverage based pattern mining for ensemble pruning).该算法将基分类器对校验样本集的分类结果组织成一个事务数据库,从而使选择性集成问题可转化为对事务数据集的处理问题.针对所有可能的集成分类器大小,CPM-EP算法首先得到一个精简的事务数据库,并创建一棵FP-Tree树保存其内容;然后,基于该FP-Tree获得相应大小的集成分类器.在获得的所有集成分类器中,对校验样本集预测精度最高的集成分类器即为算法的输出.实验结果表明,CPM-EP算法以很低的计算开销获得优越的泛化能力,其分类器选择时间约为GASEN的1/19以及Forward-Selection的1/8,其泛化能力显著优于参与比较的其他方法,而且产生的集成分类器具有较少的基分类器.     

基于差异性和准确性的加权调和平均度量的 基因表达数据选择性集成算法

基分类器之间的差异性和单个基分类器自身的准确性是影响集成系统泛化性能的两个重要因素,针对差异性和准确性难以平衡的问题,提出了一种基于差异性和准确性的加权调和平均（D-A-WHA）度量基因表达数据的选择性集成算法。以核超限学习机（KELM）作为基分类器,通过D-A-WHA度量调节基分类器之间的差异性和准确性,最后选择一组准确性较高并且与其他基分类器差异性较大的基分类器组合进行集成。通过在UCI基因数据集上进行仿真实验,实验结果表明,与传统的Bagging、Adaboost等集成算法相比,基于D-A-WHA度量的选择性集成算法分类精度和稳定性都有显著的提高,且能有效应用于癌症基因数据的分类中。     

OCSVM集成模型解决支持向量机的大规模训练问题

该文针对集成方法实现支持向量机大规模训练的相关问题进行了深入研究,提出了一种称为"DD-Boosting"的成员分类器产生算法,能够在大规模数据集情况下利用类似Boosting技术产生稳定、高泛化性能的成员分类器。在此基础上,推导出基于OCSVM的分类器集成模型,实验仿真表明,该集成模型能够获得比主投票方法更好的泛化性能,且通过调整正则参数避免了训练过拟合问题。     

基于训练集平行分割的集成学习算法研究

针对大规模数据分类中训练集分解导致的分类器泛化能力下降问题,提出基于训练集平行分割的集成学习算法.它采用多簇平行超平面对训练集实施多次划分,在各次划分的训练集上采用一种模块化支持向量机网络算法训练基分类器.测试时采用多数投票法对各个基分类器的输出进行集成.在3个大规模问题上的实验表明:在不增加训练时间和测试时间的条件下,集成学习在保持分类器偏置基本不变的同时有效减少了分类器的方差,从而有效降低了由于训练集分割导致的分类器泛化能力下降.     

基于约束投影的支持向量机选择性集成

提出两种基于约束投影的支持向量机选择性集成算法。首先利用随机选取的must-link和cannot-link成对约束集确定投影矩阵,将原始训练样本投影到不同的低维空间训练一组基分类器;然后,分别采用遗传优化和最小化偏离度误差两种选择性集成技术对基分类器进行组合。基于UCI数据的实验表明,提出的两种集成算法均能有效提高支持向量机的泛化性能,显著优于Bagging,Boosting,特征Bagging及LoBag等集成算法。     

一种挖掘概念漂移数据流的选择性集成算法

提出一种挖掘概念漂移数据流的选择性集成学习算法。该算法根据各基分类器在验证集上的输出结果向量方向与参考向量方向之间的偏离程度,选择参与集成的基分类器。分别在具有突发性和渐进性概念漂移的人造数据集SEA和Hyperplane上进行实验分析。实验结果表明,这种基分类器选择方法大幅度提高了集成算法在处理概念漂移数据流时的分类准确性。使用error-ambiguity分解对算法构建的naive Bayes集成在解决分类问题时的性能进行了分析。实验结果表明,算法成功的主要原因是它能显著降低平均泛化误差。     

一种基于Bagging-SVM的智能传感器集成学习方法

集成多个传感器的智能片上系统( SoC)在物联网得到了广泛的应用.在融合多个传感器数据的分类算法方面,传统的支持向量机( SVM)单分类器不能直接对传感器数据流进行小样本增量学习.针对上述问题,提出一种基于Bagging-SVM的集成增量算法,该算法通过在增量数据中采用Bootstrap方式抽取训练集,构造能够反映新信息变化的集成分类器,然后将新老分类器集成,实现集成增量学习.实验结果表明:该算法相比SVM单分类器能够有效降低分类误差,提高分类准确率,且具有较好的泛化能力,可以满足当下智能传感器系统基于小样本数据流的在线学习需求.     

基于分层筛选和动态更新的并行选择集成算法

提出一种选择性集成学习算法,该算法利用多线程并行优化基分类器的参数,通过多层筛选和动态更新筛选信息获取最优的候选基分类器集合,解决了以往在集成学习中选择分类器效率低下的问题。集成分类器采用分解合并的策略进行加权投票,通过使用二分法将大数据集的投票任务递归分解成多个子任务,并行运行子任务后合并投票结果以缩短集成分类器的投票运行时间。实验结果表明, 相对于传统方法, 所提出的算法在平均精度、F1-Measure以及AUC指标上都有着显著提升。     

利用集成分类器处理链路预测中的分类不平衡问题*

对于现实的复杂网络而言,有连边的节点对数目通常远小于无连边的节点对数目,在链路预测时,不同类别的样本数量不平衡会导致预测的分类结果与真实情况有较大的偏差。针对此问题,本文提出更优的链路预测算法,先对网络拓扑信息进行特征提取,再设计出一种集成分类器对数据样本进行平衡处理,然后基于网络的拓扑信息改进了分类器的集成规则,最后将训练出的集成分类器同现有的4个针对不平衡分类的链路预测学习算法进行对比研究。通过对4个不同规模的时序网络进行链路预测,结果表明：本文的链路预测学习算法具有更高的召回率,同时也保证了预测结果的准确性,从而更好地解决了链路预测中因类别不平衡导致的误分类问题。     

基于Boosting的迭代加权集成分类算法

在集成分类中,如何对基分类器实现动态更新和为基分类器分配合适的权值一直是研究的重点。针对以上两点,提出了BIE和BIWE算法。BIE算法通过最新训练的基分类器的准确率确定集成是否需要替换性能较差的基分类器及需替换的个数,实现对集成分类器的动态迭代更新;BIWE算法在此基础上提出了一个加权函数,对具有不同参数特征的数据流可以有针对性地获得基分类器的最佳权值,从而提升集成分类器的整体性能。实验结果表明,BIE算法相较对比算法在准确率持平或略高的情况下,可以减少生成树的叶子数、节点数和树的深度;BIWE算法相较对比算法不仅准确率较高,而且能大幅度减少生成树的规模。     

基于准确率爬坡的动态加权集成分类算法

传统集成分类算法中,一般将集成数目设置为固定值,这可能会导致较低分类准确率。针对这一问题,提出了准确率爬坡集成分类算法（C-ECA）。首先,该算法不再用一些基分类器去替换相同数量的表现最差的基分类器,而是基于准确率对基分类器进行更新,然后确定最佳集成数目。其次,在C-ECA的基础上提出了基于爬坡的动态加权集成分类算法（C-DWECA）。该算法提出了一个加权函数,其在具有不同特征的数据流上训练基分类器时,可以获得基分类器的最佳权值,从而提升集成分类器的性能。最后,为了能更早地检测到概念漂移并提高最终精度,采用了快速霍夫丁漂移检测方法（FHDDM）。实验结果表明C-DWECA的准确率最高可达到97.44%,并且该算法的平均准确率比自适应多样性的在线增强（ADOB）算法提升了40%左右,也优于杠杆装袋（LevBag）、自适应随机森林（ARF）等其他对比算法。     

基于异构分类器集成的增量学习算法

将集成学习的思想引入到增量学习之中可以显著提升学习效果,近年关于集成式增量学习的研究大多采用加权投票的方式将多个同质分类器进行结合,并没有很好地解决增量学习中的稳定-可塑性难题。针对此提出了一种异构分类器集成增量学习算法。该算法在训练过程中,为使模型更具稳定性,用新数据训练多个基分类器加入到异构的集成模型之中,同时采用局部敏感哈希表保存数据梗概以备待测样本近邻的查找;为了适应不断变化的数据,还会用新获得的数据更新集成模型中基分类器的投票权重;对待测样本进行类别预测时,以局部敏感哈希表中与待测样本相似的数据作为桥梁,计算基分类器针对该待测样本的动态权重,结合多个基分类器的投票权重和动态权重判定待测样本所属类别。通过对比实验,证明了该增量算法有比较高的稳定性和泛化能力。     

协同训练算法在滚动轴承故障诊断中的应用

针对单个分类器方法在滚动轴承故障诊断中精度较低、故障样本标记稀缺、特征空间维度高等问题，提出一种将协同训练与集成学习相结合的Co-Forest轴承故障诊断算法。Co-Forest是半监督学习中的协同训练算法，包含多个基分类器，通过投票实现协同训练中的置信度估算。从滚动轴承的振动信号中提取时域、频域特征指标。利用少量带标签和大量未标记样本重复地训练基分类器。集成基分类器，实现对滚动轴承故障的诊断。实验结果表明，与同类型的协同训练算法（Co-Training、Tri-Training）相比，Co-Forest算法在轴承故障诊断中具有更高的正确率，与当前针对特征向量高维、标记样本稀缺问题的ISS-LPP算法，SS-LLTSA算法相比，Co-Forest算法在保持很高诊断正确率的情况下，不需要降维、参数设置简单，具有一定的实际应用价值。     

基于多机器学习竞争策略的短时雷电预报

传统的雷电数据预测方法往往采用单一最优机器学习算法,较少考虑气象数据的时空变化等现象。针对该现象,提出一种基于集成策略的多机器学习短时雷电预报算法。首先,对气象数据进行属性约简,降低数据维度;其次,在数据集上训练多种异构机器学习分类器,并基于预测质量筛选最优基分类器;最后,通过对最优基分类器训练权重,并结合集成策略产生最终分类器。实验表明,该方法优于传统单最优方法,其平均预测准确率提高了9.5%。     

基于选择性集成分类器的面部表情识别研究*

为了提高面部表情的分类识别性能,基于集成学习理论,提出了一种二次优化选择性(Quadratic Optimization Choice, QOC)集成分类模型。首先,对于9个基分类器,依据性能进行排序,选择前30%的基分类器作为集成模型的候选基分类器。其次,依据组合规则产生集成模型簇。最后,对集成模型簇进行二次优化选择,选择具有最小泛化误差的集成分类器的子集,从而确定最优集成分类模型。为了验证QOC集成分类模型的性能,选择采用最大值、最小值和均值规则的集成模型作为对比模型,实验结果表明：相对基分类器,QOC集成分类模型取得了较好的分类效果,尤其是对于识别率较差的悲伤表情类,平均识别率提升了21.11%。相对于非选择性集成模型,QOC集成分类模型识别性能也有显著提高。