聚类的动态分类器集成选择

动态分类器集成选择(DCES)是当前集成学习领域中一个非常重要的研究方向。然而,当前大部分 DCES算法的计算复杂度较高。为了解决该问题和进一步提高算法的性能,本文提出了基于聚类的动态分类器集成选择(CDCES),该方法通过对测试样本聚类,极大地减少了动态选择分类器的次数,因而降低了算法的计算复杂度。同时, CDCES是一种更加通用的算法,传统的静态选择性集成和动态分类器集成为本算法的特殊情况,因而本算法是一种鲁棒性更强的算法。通过对UCI数据集进行测试,以及与其他算法作比较,说明本算法是一种有效的、计算复杂度较低的方法。     

基于特征提取的选择性神经网络集成方法

针对现有神经网络集成研究方法在输入属性、集成方式和集成形式上的不足,提出一种基于特征提取的选择性神经网络集成模型-NsNNEIPCABag.该模型通过Bagging算法产生若干训练子集;利用改进的主成分分析(IPCA)提取主成分作为输入来训练个体网络;采用IPCA从所有个体网络中选择出部分线性无关的个体网络;采用神经网络对选择出来的个体网络进行非线性集成.为检验该模型的有效性,将其用于时间序列预测,结果表明本文提出的方法的泛化能力优于流行的其它集成方法.     

基于随机梯度法的选择性神经网络二次集成

针对使用贪心法、遗传算法等方法实现选择性神经网络集成时出现的“局部最小点”和“过拟合”问题，提出了一类基于随机梯度法的选择性神经网络二次集成方法。理论分析和实验表明，与上述选择性神经网络集成方法相比，该方法易于实现且效果明显。     

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.     

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。     

基于半监督回归的选择性集成算法

为了提高小数据量的有标记样本问题中学习器的性能,结合半监督学习和选择性集成学习,提出了基于半监督回归的选择性集成算法SSRES。算法基于半监督学习的基本思想,同时使用有标记样本和未标记样本训练学习器从而减少对有标记样本的需求,使用选择性集成算法GRES对不同学习器进行适当的选择,并将选择的结果结合提高学习器的泛化能力。实验结果表明,在小数据量的有标记样本问题中,该算法能够有效地提高学习器的性能。     

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。     

基于文化算法的选择性神经网络集成方法

提出一种基于文化算法的选择性神经网络集成方法.该方法通过文化算法选择部分网络来组成神经网络集成,并将多层信念空间引入文化算法框架,充分利用了优秀个体所包含的种群信息,使个体间保持较大的差异度,减少"多维共线性"和样本噪声的影响.实验表明,该方法能够提高神经网络集成的性能.     

一种新的决策树选择性集成学习方法

个体学习器的差异度是集成学习中的关键因素。流行的集成学习算法如Bagging通过重取样技术产生个体学习器的差异度。选择性集成从集成学习算法产生的个体学习器中选择一部分来集成,结果表明比原集成更好。但如何选择学习器是个难题。使用Q统计量度量两个学习器的差异度,提出一种新的决策树选择性集成学习方法。与C4.5,Bagging方法相比,表现出很好的效果。     

基于分类问题的选择性集成学习研究*

提出了一种应用于分类问题,以分类回归树为基学习器,并综合了AdaBoost.M1和Bagging算法特点,利用变相似度聚类技术和贪婪算法来进行选择性集成学习的算法——SECAdaBoostBagging Trees,并将其与几种常用的机器学习算法比较研究得出,该算法往往比其他算法具有更好的泛化性能和更高的运行效率。     

A fast ensemble pruning algorithm based on pattern mining process

Ensemble pruning deals with the reduction of base classifiers prior to combination in order to improve generalization and prediction efficiency. Existing ensemble pruning algorithms require much pruning time. This paper presents a fast pruning approach: pattern mining based ensemble pruning (PMEP). In this algorithm, the prediction results of all base classifiers are organized as a transaction database, and FP-Tree structure is used to compact the prediction results. Then a greedy pattern mining method is explored to find the ensemble of size k. After obtaining the ensembles of all possible sizes, the one with the best accuracy is outputted. Compared with Bagging, GASEN, and Forward Selection, experimental results show that PMEP achieves the best prediction accuracy and keeps the size of the final ensemble small, more importantly, its pruning time is much less than other ensemble pruning algorithms.     

选择性集成开发平台的设计与实现

集成学习/选择性集成是当前机器学习领域的研究热点,但是大部分发表的相关数据都是基于未公开的个人实验,这种模式一方面由于大量的重复工作而降低了研究工作的效率,另一方面也对集成学习走向实用化造成负面影响.本文从减轻研究工作中实验部分工作量、提升实验的可重复性、减少不同实验的结论差异和推动选择性集成技术走向实用化的角度出发,阐述了设计一个选择性集成研究和开发平台所需要考虑的问题以及系统的结构组成,并以EPP(Ensemble Pruning Platform)为例介绍了利用C++语言实现一个选择性集成开发平台的方法和关键流程.     

一种面向不平衡数据分类的组合剪枝方法

传统的数据分类算法多是基于平衡的数据集创建,对不平衡数据分类时性能下降,而实践表明组合选择能有效提高算法在不平衡数据集上的分类性能。为此,从组合选择的角度考虑不平衡类学习问题,提出一种新的组合剪枝方法,用于提升组合分类器在不平衡数据上的分类性能。使用Bagging建立分类器库,直接用正类(少数类)实例作为剪枝集,并通过MBM指标和剪枝集,从分类器库中选择一个最优或次优子组合分类器作为目标分类器,用于预测待分类实例。在12个UCI数据集上的实验结果表明,与EasyEnsemble、Bagging和C4.5算法相比,该方法不但能大幅提升组合分类器在正类上的召回率,而且还能提升总体准确率。     

融入差异性的帕累托集成剪枝方法

相比于集成学习,集成剪枝方法是在多个分类器中搜索最优子集从而改善分类器的泛化性能,简化集成过程。帕累托集成剪枝方法同时考虑了分类器的精准度及集成规模两个方面,并将二者均作为优化的目标。然而帕累托集成剪枝算法只考虑了基分类器的精准度与集成规模,忽视了分类器之间的差异性,从而导致了分类器之间的相似度比较大。本文提出了融入差异性的帕累托集成剪枝算法,该算法将分类器的差异性与精准度综合为第1个优化目标,将集成规模作为第2个优化目标,从而实现多目标优化。实验表明,当该改进的集成剪枝算法与帕累托集成剪枝算法在集成规模相当的前提下,由于差异性的融入该改进算法能够获得较好的性能。     

基于近似约简与最优采样的集成剪枝

集成学习被广泛用于提高分类精度, 近年来的研究表明, 通过多模态扰乱策略来构建集成分类器可以进一步提高分类性能. 本文提出了一种基于近似约简与最优采样的集成剪枝算法(EPA_AO). 在EPA_AO中, 我们设计了一种多模态扰乱策略来构建不同的个体分类器. 该扰乱策略可以同时扰乱属性空间和训练集, 从而增加了个体分类器的多样性. 我们利用证据KNN (K-近邻)算法来训练个体分类器, 并在多个UCI数据集上比较了EPA_AO与现有同类型算法的性能. 实验结果表明, EPA_AO是一种有效的集成学习方法.     

A survey on ensemble learning

Despite significant successes achieved in knowledge discovery,traditional machine learning methods may fail to obtain satisfactory performances when dealing with complex data,such as imbalanced,high-dimensional,noisy data,etc.The reason behind is that it is difficult for these methods to capture multiple characteristics and underlying structure of data.In this context,it becomes an important topic in the data mining field that how to effectively construct an efficient knowledge discovery and mining model.Ensemble learning,as one research hot spot,aims to integrate data fusion,data modeling,and data mining into a unified framework.Specifically,ensemble learning firstly extracts a set of features with a variety of transformations.Based on these learned features,multiple learning algorithms are utilized to produce weak predictive results.Finally,ensemble learning fuses the informative knowledge from the above results obtained to achieve knowledge discovery and better predictive performance via voting schemes in an adaptive way.In this paper,we review the research progress of the mainstream approaches of ensemble learning and classify them based on different characteristics.In addition,we present challenges and possible research directions for each mainstream approach of ensemble learning,and we also give an extra introduction for the combination of ensemble learning with other machine learning hot spots such as deep learning,reinforcement learning,etc.     

A new reverse reduce-error ensemble pruning algorithm

Although greedy algorithms possess high efficiency, they often receive suboptimal solutions of the ensemble pruning problem, since their exploration areas are limited in large extent. And another marked defect of almost all the currently existing ensemble pruning algorithms, including greedy ones, consists in: they simply abandon all of the classifiers which fail in the competition of ensemble selection, causing a considerable waste of useful resources and information. Inspired by these observations, an interesting greedy Reverse Reduce-Error (RRE) pruning algorithm incorporated with the operation of subtraction is proposed in this work. The RRE algorithm makes the best of the defeated candidate networks in a way that, the Worst Single Model (WSM) is chosen, and then, its votes are subtracted from the votes made by those selected components within the pruned ensemble. The reason is because, for most cases, the WSM might make mistakes in its estimation for the test samples. And, different from the classical RE, the near-optimal solution is produced based on the pruned error of all the available sequential subensembles. Besides, the backfitting step of RE algorithm is replaced with the selection step of a WSM in RRE. Moreover, the problem of ties might be solved more naturally with RRE. Finally, soft voting approach is employed in the testing to RRE algorithm. The performances of RE and RRE algorithms, and two baseline methods, i.e., the method which selects the Best Single Model (BSM) in the initial ensemble, and the method which retains all member networks of the initial ensemble (ALL), are evaluated on seven benchmark classification tasks under different initial ensemble setups. The results of the empirical investigation show the superiority of RRE over the other three ensemble pruning algorithms.     

基于聚类与排序修剪的分类器集成方法*

为了提高分类器集成性能,提出了一种基于聚类算法与排序修剪结合的分类器集成方法。首先将混淆矩阵作为量化基分类器间差异度的工具,通过聚类将分类器划分为若干子集;然后提出一种排序修剪算法,以距离聚类中心最近的分类器为起点,根据分类器的距离对差异度矩阵动态加权,以加权差异度作为排序标准对子集中的分类器进行按比例修剪;最后使用投票法对选出的基分类器进行集成。同时与多种集成方法在UCI数据库中的10组数据集上进行对比与分析,实验结果表明基于聚类与排序修剪的分类器选择方法有效提升了集成系统的分类能力。     

具有回忆和遗忘机制的数据流挖掘模型与算法

集成式数据流挖掘是对存在概念漂移的数据流进行学习的重要方法.针对传统集成式数据流挖掘存在的缺陷,将人类的回忆和遗忘机制引入到数据流挖掘中,提出基于记忆的数据流挖掘模型MDSM(memorizing based data stream mining).该模型将基分类器看作是系统获得的知识,通过"回忆与遗忘"机制,不仅使历史上有用的基分类器因记忆强度高而保存在"记忆库"中,提高预测的稳定性,而且从"记忆库"中选取当前分类效果好的基分类器参与集成预测,以提高对概念变化的适应能力.基于MDSM模型,提出了一种集成式数据流挖掘算法MAE(memorizing based adaptive ensemble),该算法利用Ebbinghaus遗忘曲线对系统的遗忘机制进行设计,并利用选择性集成来模拟人类的"回忆"机制.与4种典型的数据流挖掘算法进行比较,结果表明:MAE算法分类精度高,对概念漂移的整体适应能力强,尤其对重复出现的概念漂移以及实际应用中存在的复杂概念漂移具有很好的适应能力.不仅能够快速适应新的概念变化,并且能够有效抵御随机的概念波动对系统性能的影响.